本站消息 2025年10月31日，學校生物安全研究團隊在生態(tài)信息學領域期刊《Ecological Informatics》（IF: 7.3）發(fā)表題為“Employing Genome-Wide Association Studies and Machine Learning to Accurately Identify Eastern and Western Migratory Pathways of Spodoptera frugiperda in China via Key Molecular Markers”的研究論文，該研究基于全基因組關聯(lián)分析與機器學習，鑒定出能夠區(qū)分我國東、西兩條遷飛路徑中草地貪夜蛾的關鍵遺傳位點，并利用這些位點對東西線遷飛種群進行明顯的種群結構劃分，進一步利用隨機森林等模型對東西線遷飛路徑的蟲源進行了準確驗證。該研究對利用分子標記識別不同地理種群昆蟲的來源關系和遷飛路徑具有重要意義。
草地貪夜蛾可在東南亞大部分地區(qū)（包括緬甸、老撾和越南）以及中國亞熱帶地區(qū)（如云南、廣西和海南）越冬，在這些地方全年繁殖的種群很可能在每年春季向北遷飛至中國東部。事實上，在東亞地區(qū)，多種昆蟲如東方粘蟲、甜菜粘蟲、稻卷葉螟和稻飛虱等，均存在與草地貪夜蛾類似的季節(jié)性遠距離遷飛現(xiàn)象。這些昆蟲通常沿兩條路徑遷飛：西線從緬甸和云南出發(fā)，經貴州、四川，進入山西、甘肅等地；東線則從老撾、越南和廣西出發(fā)，最終抵達長江流域、黃淮地區(qū)，乃至中國東北。此前，通過探照燈誘蟲、軌跡模擬、飛行行為觀測和氣象資料分析，已初步確認草地貪夜蛾從中南半島至中國東北的東、西兩條遷飛路徑。然而，兩條路徑種群在遺傳結構上是否存在差異，能否利用分子標記對其蟲源進行區(qū)分，仍不明確。
本研究通過基因組重測序和全基因組關聯(lián)分析，從2019年和2023年自中南半島至中國北方采集的草地貪夜蛾樣本中，篩選出176個關鍵基因組位點（包括124個SNPs和52個InDels）。基于這些位點的主成分分析和系統(tǒng)進化樹結果，清晰地將草地貪夜蛾劃分為東線與西線兩個遷飛種群。
進一步通過LASSO邏輯回歸鑒定出8個穩(wěn)定的特征標記（6個SNPs和2個InDels）。基于這些標記構建的機器學習模型能夠準確區(qū)分東、西線遷飛路徑的草地貪夜蛾。其中多層感知機模型表現(xiàn)最佳，其準確率達到87.50%。
研究還發(fā)現(xiàn)，這8個特征標記涉及6個UDP-葡萄糖基轉移酶基因，這些基因富集于若干解毒相關代謝通路。它們可能在草地貪夜蛾適應東、西線不同寄主植物（如水稻和玉米）的過程中發(fā)揮重要作用。
本研究建立了一套可靠的分子標記鑒定工具，可實現(xiàn)草地貪夜蛾個體的精準溯源，顯著提升對該遷飛害蟲的監(jiān)測與預警能力，也為闡明全球其他遷飛昆蟲的遷飛路徑提供了新方法。
學校為論文第一完成單位，孫仲享教授為論文第一作者，桂富榮教授為通訊作者。該工作得到南京農業(yè)大學胡高教授與中國農科院萬方浩研究員的支持與指導。該研究得到國家重點研發(fā)計劃項目（2021YFD1400701）、國家自然科學基金（32360668）和云南省“興滇英才支持計劃”等項目資助。
值得關注的是，在國家重點研發(fā)計劃項目“草地貪夜蛾災變機制與可持續(xù)防控技術研究（2021YFD1400701）”的資助下，研究團隊2025年2月在一區(qū)和TOP期刊發(fā)表2篇草地貪夜蛾遷飛規(guī)律的論文：（1）利用全球三大洲14個地點草地貪夜蛾全基因組SNPs集，結合軌跡模擬全面揭示了草地貪夜蛾從美洲到中南半島的遷飛路徑，為草地貪夜蛾在東半球的入侵歷史提供新的視角（Evolutionary Applications, 2025; 18(2):e70086）；（2）對草地貪夜蛾遷飛與滯留種群進行選擇性清除分析和全基因組關聯(lián)分析，鑒定出與草地貪夜蛾遷飛行為相關的關鍵基因與位點，為闡明害蟲遷飛行為的內在驅動機制提供了新視角（Pest Management Science, 2025,81(6):3112-3121）。此外，團隊在草地貪夜蛾成災機制方面也發(fā)表一系列研究成果（Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2025, 73(37): 23213-23225; Pest Management Science, 2024,80,3491-3503; Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2023, 71, 14092?14107）。植物保護學院2022年引進人才孫仲享教授為以上論文的第一作者或通訊作者。
原文鏈接：https://authors.elsevier.com/sd/article/S1574-9541(25)00499-6
