随着全球贸易化的加剧,外来入侵物种对农林业、生态环境及人类健康安全的威胁日益严重,明确其入侵机制对于预警监测和有效控制具有重要意义。成功入侵与入侵种的入侵性、入侵地生态系统的敏感性即可入侵性,以及传入过程密切相关。当聚焦到入侵种本身时,科学家们普遍认为入侵物种的成功入侵与其自身优势特性相关,即“内在优势假说”。然而,对大量入侵昆虫而言,哪些特性能赋予其入侵性尚无定论。苹果蠹蛾是世界范围内的入侵害虫,严重威胁全球苹果、梨等水果的安全生产,然而其全球入侵扩散的分子机制尚不清楚。本课题组前期完成了苹果蠹蛾全基因组测序与组装工作,本论文基于苹果蠹蛾基因组数据及可获得的入侵物种基因组,通过数据库平台构建、比较基因组分析、机器学习以及化学生态学研究方法:首先构建了入侵物种基因组数据库“InvasionDB”;基于InvasionDB,分析了以苹果蠹蛾为代表的入侵昆虫共同的基因组特征,首次构建了机器学习分类器对昆虫入侵性进行定性判断,并提出入侵指数来定量评估昆虫入侵性;重点针对在苹果蠹蛾入侵过程中起重要作用的化学感受相关基因家族,进行了比较分析;并侧重对其中发生扩张的一对关键基因（CpomOR3a和CpomOR3b）进行了功能验证。主要结果与结论如下:（1）入侵物种基因组数据库构建收集了全球范围内的入侵物种基因组数据,构建了入侵物种基因组数据库“InvasionDB”,旨在为入侵机制研究提供一个整合的基因组数据分析平台。“InvasionDB”包括103种入侵动物（含56种入侵昆虫）和34种入侵植物基因组数据;鉴定了38个重要的基因家族,以及miRNA、rRNA和tRNA等3类非编码RNA;提供基因组数据查询与检索、可视化和下载等功能。（2）利用机器学习方法评估昆虫入侵性通过比较基因组学分析了37种入侵昆虫和7种非入侵昆虫的基因组特征,发现入侵昆虫中与防御、能量、繁殖、感受和转录调节等五大类功能相关的基因家族发生了显著扩张;利用上述发生扩张的基因家族特征,我们提出了入侵指数公式,对100种昆虫的入侵性进行了定量分析,并划分为高、中、低三个入侵性等级,上述五大类功能的基因家族均扩张的昆虫具有高入侵性,反之亦然;此外,我们利用logistic回归模型训练分类器来定性判断昆虫入侵性,准确率高达94.4%。两种方法均预测苹果蠹蛾为入侵昆虫,且具有高入侵性（入侵指数为0.96）。（3）苹果蠹蛾化学感受相关基因家族鉴定及进化分析利用高质量的苹果蠹蛾基因组数据,鉴定出化学感受相关基因包括35个OBPs、91个ORs、58个GRs和59个IRs。通过系统发育分析发现,CpomGOBP2、CpomOR2、CpomOR3、CpomGR19、CpomGR34、CpomGR68、CpomGR87、CpomIR7、CpomIR25、CpomIR41、CpomIR60、CpomIR75和CpomIR143等基因均发生了扩张或拷贝,可能与其入侵性有关。此外,这些基因多数为位于同一染色体的串联拷贝基因,推测是在入侵过程中对寄主的适应性进化的结果。（4）苹果蠹蛾CpomOR3基因拷贝及功能验证CpomOR3是苹果蠹蛾寄主植物挥发物的主要成分梨酯的受体基因,本文研究发现CpomOR3在进化过程中发生了串联拷贝,分别命名为CpomOR3a和CpomOR3b。CpomOR3b仅在成虫触角中表达,而CpomOR3a在成虫触角及幼虫头部中均表达,且两个基因在雌成虫触角中表达量高于雄虫触角;荧光原位杂交结果表明两个基因独立表达于相邻位置的不同神经元细胞,且表达模式与表达谱的数据一致。电生理试验结果表明两个基因均对梨酯和性信息素codlemone产生强烈的反应;RNAi干扰实验结果表明,同时干扰这两个基因能影响雌、雄虫对梨酯和codlemone的反应,单独干扰一个基因仅影响雄虫对两种化合物的反应;Y型嗅觉仪实验结果与RNAi干扰结果一致,即同时干扰两个基因显著影响雌、雄成虫对梨酯的选择行为和雄虫对codlemone的选择行为,且单独干扰CpomOR3b会显著影响雄虫对codlemone的选择行为。结果解释了梨酯对苹果蠹蛾雌、雄成虫和幼虫强烈的引诱能力,以及对性信息素增效作用的分子机制。本文构建了“InvasionDB”,为科学家提供更多的入侵物种基因组数据;基于InvasionDB,筛选出了入侵昆虫基因组中的共同内在优势,并利用这些扩增的基因家族特征来预测和评估昆虫入侵性;对苹果蠹蛾入侵性相关的化学感受基因进行了鉴定和进化分析;揭示了CpomOR3基因拷贝在苹果蠹蛾全球入侵过程中的寄主适应性进化机制。研究结果有利于从基因组层面阐释昆虫的入侵机制,为外来入侵昆虫的预警监测和有效控制提供理论支撑。