Published August 24, 2022 | Version v1
Publication Open

Chromosome-level genome assembly and population genomic analyses provide insights into adaptive evolution of the red turpentine beetle, Dendroctonus valens

  • 1. Hebei University
  • 2. Novogene Bioinformatics Institute
  • 3. Agricultural Genomics Institute at Shenzhen
  • 4. Chinese Academy of Agricultural Sciences
  • 5. Ministry of Agriculture and Rural Affairs
  • 6. University of Wisconsin–Madison
  • 7. Northern Arizona University
  • 8. Chinese Academy of Sciences
  • 9. Institute of Zoology

Description

Abstract Background Biological invasions are responsible for substantial environmental and economic losses. The red turpentine beetle (RTB), Dendroctonus valens LeConte, is an important invasive bark beetle from North America that has caused substantial tree mortality in China. The lack of a high-quality reference genome seriously limits deciphering the extent to which genetic adaptions resulted in a secondary pest becoming so destructive in its invaded area. Results Here, we present a 322.41 Mb chromosome-scale reference genome of RTB, of which 98% of assembled sequences are anchored onto fourteen linkage groups including the X chromosome with a N50 size of 24.36 Mb, which is significantly greater than other Coleoptera species. Repetitive sequences make up 45.22% of the genome, which is higher than four other Coleoptera species, i.e., Mountain pine beetle Dendroctonus ponderosae , red flour beetle Tribolium castaneum , blister beetle Hycleus cichorii , and Colorado potato beetle Leptinotarsa decemlineata . We identify rapidly expanded gene families and positively selected genes in RTB, which may be responsible for its rapid environmental adaptation. Population genetic structure of RTB was revealed by genome resequencing of geographic populations in native and invaded regions, suggesting substantial divergence of the North American population and illustrates the possible invasion and spread route in China. Selective sweep analysis highlighted the enhanced ability of Chinese populations in environmental adaptation. Conclusions Overall, our high-quality reference genome represents an important resource for genomics study of invasive bark beetles, which will facilitate the functional study and decipher mechanism underlying invasion success of RTB by integrating the Pinus tabuliformis genome.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تعتبر الغزوات البيولوجية مسؤولة عن خسائر بيئية واقتصادية كبيرة. خنفساء التربنتين الحمراء (RTB)، Dendroctonus valens LeConte، هي خنفساء اللحاء الغازية الهامة من أمريكا الشمالية التي تسببت في وفيات كبيرة للأشجار في الصين. إن الافتقار إلى جينوم مرجعي عالي الجودة يحد بشكل خطير من فك رموز مدى تسبب التكيفات الوراثية في أن تصبح الآفة الثانوية مدمرة للغاية في منطقتها التي تم غزوها. النتائج هنا، نقدم جينوم مرجعي بحجم كروموسوم 322.41 ميجابايت من RTB، حيث ترتكز 98 ٪ من التسلسلات المجمعة على أربع عشرة مجموعة ربط بما في ذلك الكروموسوم X بحجم N50 يبلغ 24.36 ميجابايت، وهو أكبر بكثير من أنواع غمدية الأجنحة الأخرى. تشكل التسلسلات المتكررة 45.22 ٪ من الجينوم، وهي أعلى من أربعة أنواع أخرى من الخنافس، أي خنفساء الصنوبر الجبلية Dendroctonus ponderosae، وخنفساء الطحين الأحمر Tribolium castaneum ، وخنفساء نفطة Hycleus cichorii ، وخنفساء كولورادو للبطاطس Leptinotarsa decemlineata . نحدد عائلات الجينات سريعة التوسع والجينات المختارة بشكل إيجابي في RTB، والتي قد تكون مسؤولة عن تكيفها البيئي السريع. تم الكشف عن البنية الوراثية للسكان من خلال إعادة ترتيب الجينوم للسكان الجغرافيين في المناطق الأصلية والمحتلة، مما يشير إلى تباعد كبير بين سكان أمريكا الشمالية ويوضح الغزو المحتمل وطريق الانتشار في الصين. سلط تحليل المسح الانتقائي الضوء على تعزيز قدرة السكان الصينيين على التكيف البيئي. الاستنتاجات بشكل عام، يمثل الجينوم المرجعي عالي الجودة موردًا مهمًا لدراسة علم الجينوم لخنافس اللحاء الغازية، مما سيسهل الدراسة الوظيفية وآلية فك الشفرة الكامنة وراء نجاح غزو RTB من خلال دمج جينوم الصنوبر المجدول الشكل.

Translated Description (French)

Résumé Contexte Les invasions biologiques sont responsables de pertes environnementales et économiques substantielles. Le dendroctone du térébenthine (RTB), Dendroctonus valens LeConte, est un important coléoptère envahissant de l'écorce en Amérique du Nord qui a causé une mortalité importante des arbres en Chine. L'absence d'un génome de référence de haute qualité limite sérieusement le déchiffrement de la mesure dans laquelle les adaptations génétiques ont entraîné la destruction d'un ravageur secondaire dans sa zone envahie. Résultats Ici, nous présentons un génome de référence de RTB à l'échelle du chromosome de 322,41 Mb, dont 98% des séquences assemblées sont ancrées sur quatorze groupes de liaison, y compris le chromosome X avec une taille N50 de 24,36 Mb, ce qui est significativement plus grand que les autres espèces de coléoptères. Les séquences répétitives représentent 45,22 % du génome, ce qui est plus élevé que quatre autres espèces de coléoptères, à savoir le dendroctone du pin ponderosa Dendroctonus ponderosae , le dendroctone de la farine rouge Tribolium castaneum , le dendroctone du blister Hycleus cichorii et le dendroctone de la pomme de terre du Colorado Leptinotarsa decemlineata . Nous identifions des familles de gènes rapidement élargies et des gènes sélectionnés positivement dans RTB, qui peuvent être responsables de son adaptation environnementale rapide. La structure génétique des populations de RTB a été révélée par le reséquençage du génome des populations géographiques dans les régions indigènes et envahies, suggérant une divergence substantielle de la population nord-américaine et illustrant l'invasion et la propagation possibles en Chine. L'analyse sélective par balayage a mis en évidence la capacité accrue des populations chinoises à s'adapter à l'environnement. Conclusions Dans l'ensemble, notre génome de référence de haute qualité représente une ressource importante pour l'étude génomique des scolytes invasifs, ce qui facilitera l'étude fonctionnelle et le mécanisme de déchiffrement sous-jacent au succès de l'invasion de la RTB en intégrant le génome de Pinus tabuliformis.

Translated Description (Spanish)

Resumen Antecedentes Las invasiones biológicas son responsables de pérdidas ambientales y económicas sustanciales. El escarabajo rojo de la trementina (RTB), Dendroctonus valens LeConte, es un importante escarabajo invasor de la corteza de América del Norte que ha causado una importante mortalidad de árboles en China. La falta de un genoma de referencia de alta calidad limita seriamente el desciframiento de la medida en que las adaptaciones genéticas dieron como resultado que una plaga secundaria se volviera tan destructiva en su área invadida. Resultados Aquí, presentamos un genoma de referencia de RTB a escala cromosómica de 322.41 Mb, del cual el 98% de las secuencias ensambladas están ancladas en catorce grupos de enlace, incluido el cromosoma X con un tamaño N50 de 24.36 Mb, que es significativamente mayor que otras especies de Coleópteros. Las secuencias repetitivas constituyen el 45,22% del genoma, que es superior a otras cuatro especies de coleópteros, es decir, el escarabajo del pino de montaña Dendroctonus ponderosae , el escarabajo rojo de la harina Tribolium castaneum , el escarabajo de las ampollas Hycleus cichorii y el escarabajo de la patata de Colorado Leptinotarsa decemlineata . Identificamos familias de genes rápidamente expandidos y genes seleccionados positivamente en RTB, que pueden ser responsables de su rápida adaptación ambiental. La estructura genética de la población de RTB se reveló mediante la resecuenciación del genoma de poblaciones geográficas en regiones nativas e invadidas, lo que sugiere una divergencia sustancial de la población de América del Norte e ilustra la posible ruta de invasión y propagación en China. El análisis de barrido selectivo destacó la capacidad mejorada de las poblaciones chinas en la adaptación ambiental. Conclusiones En general, nuestro genoma de referencia de alta calidad representa un recurso importante para el estudio genómico de los escarabajos invasores de la corteza, lo que facilitará el estudio funcional y descifrará el mecanismo subyacente al éxito de la invasión de RTB mediante la integración del genoma de Pinus tabuliformis.

Files

s12915-022-01388-y.pdf

Files (6.5 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:36aba61dfbeb69419421917cb1570c2b
6.5 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
يوفر تجميع الجينوم على مستوى الكروموسوم والتحليلات الجينية للسكان رؤى حول التطور التكيفي لخنفساء التربنتين الحمراء، Dendroctonus valens
Translated title (French)
L'assemblage du génome au niveau des chromosomes et les analyses génomiques des populations fournissent des informations sur l'évolution adaptative du dendroctone du térébenthine, Dendroctonus valens
Translated title (Spanish)
El ensamblaje del genoma a nivel cromosómico y los análisis genómicos de la población proporcionan información sobre la evolución adaptativa del escarabajo rojo de la trementina, Dendroctonus valens

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4293105795
DOI
10.1186/s12915-022-01388-y

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
China

References

  • https://openalex.org/W1484347389
  • https://openalex.org/W1487554690
  • https://openalex.org/W1489349053
  • https://openalex.org/W1911154009
  • https://openalex.org/W1974640383
  • https://openalex.org/W1977390276
  • https://openalex.org/W1977640433
  • https://openalex.org/W1982855075
  • https://openalex.org/W1991302436
  • https://openalex.org/W1992740903
  • https://openalex.org/W1996467836
  • https://openalex.org/W2002437455
  • https://openalex.org/W2003447441
  • https://openalex.org/W2008826985
  • https://openalex.org/W2008856488
  • https://openalex.org/W2011657487
  • https://openalex.org/W2018628517
  • https://openalex.org/W2023581052
  • https://openalex.org/W2027847170
  • https://openalex.org/W2031102364
  • https://openalex.org/W2031283184
  • https://openalex.org/W2032963992
  • https://openalex.org/W2043942326
  • https://openalex.org/W2046141619
  • https://openalex.org/W2046183549
  • https://openalex.org/W2051555347
  • https://openalex.org/W2058301804
  • https://openalex.org/W2058816652
  • https://openalex.org/W2072708309
  • https://openalex.org/W2075183916
  • https://openalex.org/W2076150419
  • https://openalex.org/W2079308685
  • https://openalex.org/W2082330286
  • https://openalex.org/W2084214748
  • https://openalex.org/W2096128575
  • https://openalex.org/W2097006700
  • https://openalex.org/W2097560173
  • https://openalex.org/W2100305481
  • https://openalex.org/W2101291993
  • https://openalex.org/W2102151056
  • https://openalex.org/W2102619694
  • https://openalex.org/W2103441770
  • https://openalex.org/W2106208020
  • https://openalex.org/W2106885128
  • https://openalex.org/W2108108770
  • https://openalex.org/W2108787198
  • https://openalex.org/W2110256992
  • https://openalex.org/W2110335151
  • https://openalex.org/W2112744958
  • https://openalex.org/W2115888213
  • https://openalex.org/W2119180969
  • https://openalex.org/W2119444539
  • https://openalex.org/W2121840477
  • https://openalex.org/W2122821321
  • https://openalex.org/W2122954888
  • https://openalex.org/W2124985265
  • https://openalex.org/W2129980790
  • https://openalex.org/W213086534
  • https://openalex.org/W2131074700
  • https://openalex.org/W2131271579
  • https://openalex.org/W2132926880
  • https://openalex.org/W2134907628
  • https://openalex.org/W2137084536
  • https://openalex.org/W2139134537
  • https://openalex.org/W2141052558
  • https://openalex.org/W2141152740
  • https://openalex.org/W2141165178
  • https://openalex.org/W2144268209
  • https://openalex.org/W2144288500
  • https://openalex.org/W2147621192
  • https://openalex.org/W2149429041
  • https://openalex.org/W2149992227
  • https://openalex.org/W2153881767
  • https://openalex.org/W2155628349
  • https://openalex.org/W2156456843
  • https://openalex.org/W2158096004
  • https://openalex.org/W2161020123
  • https://openalex.org/W2161094791
  • https://openalex.org/W2161105599
  • https://openalex.org/W2161633633
  • https://openalex.org/W2161745371
  • https://openalex.org/W2164144770
  • https://openalex.org/W2166425941
  • https://openalex.org/W2166518878
  • https://openalex.org/W2167002466
  • https://openalex.org/W2168103176
  • https://openalex.org/W2169482176
  • https://openalex.org/W2171857020
  • https://openalex.org/W2184041281
  • https://openalex.org/W2338078837
  • https://openalex.org/W2530707754
  • https://openalex.org/W2538143681
  • https://openalex.org/W2551648304
  • https://openalex.org/W2574203317
  • https://openalex.org/W2607669908
  • https://openalex.org/W2739025154
  • https://openalex.org/W2760275602
  • https://openalex.org/W2784711332
  • https://openalex.org/W2791926569
  • https://openalex.org/W2901817564
  • https://openalex.org/W2902032704
  • https://openalex.org/W2903125175
  • https://openalex.org/W2950330471
  • https://openalex.org/W2965879979
  • https://openalex.org/W2974442255
  • https://openalex.org/W2979427569
  • https://openalex.org/W2998871023
  • https://openalex.org/W3004056556
  • https://openalex.org/W3004822733
  • https://openalex.org/W3007770192
  • https://openalex.org/W3009288150
  • https://openalex.org/W3012094285
  • https://openalex.org/W3044087532
  • https://openalex.org/W3083111306
  • https://openalex.org/W3129023597
  • https://openalex.org/W3135837552
  • https://openalex.org/W3144689495
  • https://openalex.org/W3159641661
  • https://openalex.org/W3169706255
  • https://openalex.org/W3197557198
  • https://openalex.org/W4200262120
  • https://openalex.org/W4211182860
  • https://openalex.org/W4229487902
  • https://openalex.org/W4291174900
  • https://openalex.org/W4388362656