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準確解析基因功能是理解昆蟲形態多樣性、生態及行為演化的關鍵。在比較基因組學研究中，基于序列同源性的檢索是蛋白質功能注釋的主要方法。但當蛋白質演化導致序列相似性顯著下降時，該方法難以識別遠緣同源關系，限制了對蛋白功能譜系與生物學意義的理解。例如，黑腹果蠅基因組中有超2000個基因功能未明，堪稱“暗物質”基因。

近日，中國科學院分子植物科學卓越創新中心團隊等在昆蟲“暗物質”基因研究方面取得進展：構建了迄今物種覆蓋最廣的昆蟲生命之樹；基于比較蛋白結構基因組學發現，許多昆蟲蛋白一級序列差異顯著，但三級結構高度保守；揭示先天免疫受體cGLR在昆蟲中廣泛分布且結構保守；鑒定了蚊蟲cGLR，證實埃及伊蚊cGLR在抗登革病毒和寨卡病毒感染中具有重要作用。

研究基于人工智能的蛋白結構預測方法，對代表性昆蟲物種的蛋白質組開展了大規模結構預測，構建了涵蓋超過1300萬個蛋白的昆蟲結構圖譜，揭示了大量此前未知的蛋白功能及其深層次的演化規律。團隊同時提出了“蛋白序列分化—結構保守—功能等價”的研究新范式，為解析蛋白功能與演化奠定了基礎。

研究進一步整合了17個公開數據庫的昆蟲基因組與轉錄組數據，重建了昆蟲的高分辨率系統發育樹。該昆蟲生命樹2.0包含4854種昆蟲，覆蓋全部28個目。研究綜合選取824個具有代表性的昆蟲物種作為蛋白結構研究的基礎。研究通過整合公共數據庫中已有的蛋白結構數據，利用基于人工智能的結構預測工具對尚無公開結構的蛋白結構進行預測，構建了一個包含1329萬個蛋白結構的綜合數據集。

上述研究以昆蟲為模式類群，在主要類群尺度上繪制了蛋白結構圖譜，并建立了面向宏觀演化問題的結構比較基因組學框架，為在結構層面解析蛋白功能的大規模演化提供了關鍵資源與方法基礎。研究還揭示了先天免疫受體cGLR在昆蟲中的廣泛分布與結構保守性，并在埃及伊蚊中驗證其功能，為理解昆蟲抗病毒免疫提供了新機制，也為研發蚊媒病毒干預策略提供了潛在的分子靶點。

相關研究成果發表在《細胞研究》（Cell Research）上。研究工作得到國家自然科學基金等的支持。

論文鏈接

埃及伊蚊cGLRs的結構保守性及其抗病毒功能驗證