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叶蝉进化新特征的基因组基础
进化创新产生了表型和物种多样性。阐明此类创新背后的基因组过程对于理解生物多样性至关重要。在这项研究中，我们探讨了农业害虫玻璃翅神枪手（Homalodisca vitripennis，GWSS）进化新奇性的基因组基础。叶蝉的突出进化创新包括支体，这是一种排出并用于覆盖身体的蛋白质结构，以及与两种细菌类型的强制性共生关系，这两种细菌类型驻留在不同细胞类型的细胞质中。使用 PacBio 长读测序和 Dovetail Omni-C 技术，我们为 GWSS 生成了染色体水平的基因组组装，然后使用流式细胞术和核型分析验证了该组装。额外的转录组学和蛋白质组学数据用于识别支体产生的新基因。我们发现，支体相关基因包括通过串联重复而多样化的新基因家族。我们还确定了与细菌共生体相互作用的基因位置。GWSS 的祖先通过水平基因转移 (HGT) 获得了细菌基因，这些基因似乎有助于共生体支持。使用系统基因组学方法，我们推断了 HGT 的来源和时间。我们发现一些 HGT 事件可以追溯到半翅目 Auchenorrhyncha 亚目共同祖先，代表了动物中已知的一些最古老的 HGT 例子。总体而言，我们表明叶蝉的进化新颖性是通过获得新基因（从头产生和通过串联重复产生）、获得新的共生关联（允许使用新的饮食和生态位）以及招募外来基因来支持共生体和增强食草性而产生的。
利用 CRISPR/Cas9 高效修饰玻璃翅神枪手 Homalodisca vitripennis (Germar) 基因组
CRISPR/Cas9 技术可将遗传技术扩展到以前无法进行遗传分析的昆虫害虫。我们报告了在玻璃翅尖足猎蝽 (GWSS) Homalodisca vitripennis 中建立遗传分析的结果，该昆虫是加利福尼亚州农业中一种重要的叶蝉害虫。我们使用一种新颖而简单的方法，在宿主植物上进行原位胚胎显微注射，获得了超过 55% 的朱砂和白色眼色素位点的高频率诱变。通过配对交配，我们获得了 100% 的 w 和 cn 等位基因到 G3 代的传递，并且还确定了这两个基因都位于常染色体上。我们对翅膀表型的分析意外地发现了蝶啶色素参与了翅膀和翅脉着色，表明这些色素的作用不仅限于眼睛颜色。我们利用扩增子测序来检查注射卵对成虫造成的脱靶诱变程度，结果发现脱靶诱变程度可以忽略不计或根本不存在。我们的数据表明，GWSS 可以轻松开发为半翅目昆虫的遗传模型系统，从而能够研究有助于入侵害虫和植物病原体载体成功的特征。这将促进新的遗传控制策略。