近缘类群之间的基因流如何影响物种分化与环境适应，是演化生物学中的重要科学问题，尤其在近期入侵物种中具有重要意义。基因渐渗既可能引入适应不良的遗传变异，降低个体适合度，也可能促进适应性等位基因传播，从而增强入侵种群的定殖能力、环境适应能力及扩散潜力。

近年来，基因组学技术的快速发展，特别是长读长测序技术的广泛应用，为准确鉴定基因组中的复杂结构变异（structural variants，SVs）提供了重要技术支撑，推动了物种形成与适应性演化研究。进一步地，基于多个高质量参考基因组构建的泛基因组（pangenome）有助于更加全面地刻画物种内部和物种间的遗传变异，为揭示基因流背景下的物种分化、演化动态以及表型多样性遗传基础提供了新的研究框架。

亚洲玉米螟（Ostrinia furnacalis，Asian corn borer，ACB）和欧洲玉米螟（Ostrinia nubilalis，European corn borer，ECB）是两种具有重要经济影响的全球性农业害虫。其中，欧洲玉米螟广泛分布于欧洲和北美地区，而亚洲玉米螟主要分布于东亚及澳大利亚等地区。长期以来，新疆伊犁地区一直被认为是亚洲玉米螟与欧洲玉米螟的主要同域分布区；然而，近期研究发现欧洲玉米螟可能已扩散至中国东部地区，为研究近缘物种间基因流、入侵扩散及适应性演化过程提供了一个理想的研究系统。

2026年8月7日，北京大学生命科学学院、基因功能研究与操控全国重点实验室、北大-清华开云手机网页登录页面张蔚研究组与合作者在Genome Biology上发表了题为“Pangenome analyses reveal divergence and extensive introgression in two global corn pests”的研究论文。

该研究基于23个高质量基因组组装构建了玉米螟泛基因组数据集，并整合大规模群体基因组数据，系统解析了亚洲玉米螟与欧洲玉米螟的遗传变异、种群历史及基因渐渗模式。研究揭示了两种玉米螟之间广泛且不对称的基因渐渗，并鉴定出多个潜在参与环境适应的渐渗基因。与此同时，性染色体表现出显著较低的基因渐渗水平，并存在大尺度染色体倒位和高度遗传分化，提示其可能通过抑制重组和限制基因流，在维持物种隔离过程中发挥重要作用。

研究首先对采集自全球多个地理区域的亚洲玉米螟和欧洲玉米螟样本进行了基因组组装和重测序，并整合已有公共基因组数据，构建了总长度约3 Gb的玉米螟图形泛基因组（graph pangenome），其中核心基因组约150 Mb。基于该泛基因组，研究系统鉴定了结构变异（SV）、插入缺失（InDel）和单核苷酸多态性（SNP）等遗传变异，并发现结构变异主要由转座元件驱动（图1）。

图1.玉米螟基因组组装及基于图的泛基因组构建

在此基础上，研究采用统一的分析流程对所有基因组进行了基因注释，并确定了核心基因集、可变基因集和个体特异性基因集。其中，43%的基因存在于所有个体中，16%的基因存在于几乎所有个体中，41%的基因为可变基因，仅0.5%的基因为个体特有基因。进一步比较发现，与核心基因集相比，可变基因集具有更高的Ka/Ks值和更低的表达水平，表明核心基因受到更强的纯化选择，功能可能更加保守（图2）。

图2.玉米螟泛基因组基因家族分析

进一步地，研究基于图形泛基因组对大规模群体重测序数据进行了基因型鉴定。基于SV和SNP的群体遗传学分析一致表明，亚洲玉米螟与欧洲玉米螟构成两个遗传背景明确分离的类群。物种内部分析显示，亚洲玉米螟南、北方种群之间存在较强的遗传分化，而欧洲玉米螟中国种群则未检测到明确的种群遗传结构。种群历史分析表明，两物种的有效种群大小均在末次盛冰期（LGM）之前持续下降；此外，欧洲玉米螟中国种群经历了近期的强烈遗传瓶颈，与其快速扩张的分布范围相一致。跨物种建模进一步表明，两个物种于约200万年前发生分化，此后持续存在种间基因流，并在近期增强（图3）。

图3.玉米螟群体结构与演化历史

因此，研究进一步评估了欧洲玉米螟与亚洲玉米螟之间基因渐渗的存在及其强度。基于等位基因频率的统计检验结果显示，在30条常染色体中，有21条检测到欧洲玉米螟中国种群与亚洲玉米螟之间的基因渐渗信号，而在Z染色体上则未检出。进一步分析表明，渐渗信号强度主要受分析采用的欧洲玉米螟种群影响，而亚洲玉米螟种群的影响则较小。基于系统发育关系的分析进一步支持了相关结果。在局部渐渗分析中，两种方法共同鉴定出的渐渗窗口覆盖约1000个基因。其中，渐渗与高遗传分化区域重叠的窗口涉及嗅觉受体、代谢型谷氨酸受体以及细胞色素P450等关键功能基因。这些区域主要表现为由亚洲玉米螟向欧洲玉米螟的基因流动，提示其可能有助于欧洲玉米螟中国种群适应新环境，具有潜在的适应性意义（图4）。

图4.欧洲玉米螟中国种群与亚洲玉米螟间存在基因渐渗

最后，研究在存在种间基因流的背景下，解析了亚洲玉米螟与欧洲玉米螟之间维持物种边界的遗传基础。结果显示，最强烈的遗传分化区域位于Z染色体，其中欧洲玉米螟的Z染色体上存在一个约15 Mb的强连锁区域，与已报道的大片段倒位（inversion）多态性相一致。进一步分析表明，与欧洲玉米螟美国种群相比，欧洲玉米螟中国种群在该倒位区域具有不同的基因型分布，提示该结构变异可能也与不同地理种群的分化相关。该区域内包含多个受到正选择的候选基因，并富集于昼夜节律相关通路。其中，昼夜节律基因period（per）受到进一步关注，其功能缺失被证实会影响玉米螟滞育表型。此外，per基因在亚洲玉米螟与欧洲玉米螟之间存在序列差异，包括固定的结构变异，提示该基因及其相关调控区域可能参与两个物种间表型差异形成及物种分化过程（图5）。

图5.Z染色体倒位与玉米螟物种间差异相关

邮箱：

weizhangvv@pku.edu.cn

实验室主页：

https://www.weizhanglab.net/

研究领域：

演化基因组学和群体遗传学。

研究方向：

我们的研究致力于解决一些重要的演化问题，例如物种形成、适应和基因渐渗。具体而言，我们的工作侧重于整合实验与计算方法，以研究模式生物和非模式生物中的适应性基因渐渗、探索昆虫和蜘蛛的反捕食适应机制，例如拟态、警戒色和伪装，及由上述研究拓展的基于节肢动物极端适应性状的仿生和转化医学研究、开发面向非模式生物的分析算法和实验方法。