重慶在家蠶基因組研究方面再獲重大突破。10月9日，西南大學(xué)家蠶基因組生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、國(guó)家蠶桑產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系首席科學(xué)家代方銀教授團(tuán)隊(duì)發(fā)布消息稱，該團(tuán)隊(duì)已完成家蠶大規(guī)模種質(zhì)資源基因組解析，成功繪就全球首張家蠶超級(jí)泛基因組圖譜，并率先創(chuàng)建“數(shù)字家蠶”基因庫(kù)，開啟家蠶分子育種的新紀(jì)元。

代方銀表示，超級(jí)泛基因組是一個(gè)物種所有基因組信息的總和，它比單一參考基因組涵蓋更多的遺傳多樣性。因此，繪就家蠶超級(jí)泛基因組圖譜，對(duì)深化功能基因組研究、種質(zhì)創(chuàng)新等意義重大。

為了全面反映桑蠶的所有基因組信息，從2019年開始，該研究團(tuán)隊(duì)對(duì)1078份各類蠶種質(zhì)資源進(jìn)行了深度二代測(cè)序，并對(duì)其中545份代表性資源進(jìn)行了三代測(cè)序，鑒定4300余萬個(gè)SNP(單核苷酸多態(tài)性)、930余萬個(gè)Indel(插入缺失標(biāo)記)、340余萬個(gè)結(jié)構(gòu)變異和7308個(gè)新基因（家族），由此繪制了一個(gè)高精度家蠶泛基因組圖譜。

“團(tuán)隊(duì)完成基因組測(cè)序的家蠶材料，涵蓋全世界90%以上的家蠶代表性種質(zhì)資源?！敝Q遺傳育種專家、中國(guó)工程院院士向仲懷表示，這些材料含有豐富的表型多樣性，包括不同繭絲產(chǎn)量質(zhì)量、生長(zhǎng)發(fā)育、抗病抗逆、體型體色等。

因此，“數(shù)字家蠶”基因庫(kù)就像一本完整的參考書。以前，科學(xué)家們鑒定家蠶特定性狀的基因或研究其因果變異時(shí)，猶如“大海撈針”?，F(xiàn)在，“數(shù)字家蠶”基因庫(kù)里的超級(jí)泛基因組為他們提供了“精細(xì)網(wǎng)格化”的“坐標(biāo)”指導(dǎo)?？茖W(xué)家要揭秘家蠶的特征特性，就像是“查字典”，可以快速、精準(zhǔn)地找到負(fù)責(zé)表型的基因組序列。

業(yè)內(nèi)人士稱，家蠶含有大量具有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值的素材，具有廣食性、抗病抗逆、高轉(zhuǎn)化率等特性，應(yīng)用家蠶超級(jí)泛基因組可規(guī)?；诰蚣倚Q重要經(jīng)濟(jì)性狀相關(guān)序列，對(duì)家蠶設(shè)計(jì)育種具有強(qiáng)力的支撐作用。

據(jù)悉，該研究成果的相關(guān)論文于今年9月24日在國(guó)際名刊《自然通訊》在線發(fā)表。論文評(píng)審專家認(rèn)為，該超級(jí)泛基因組囊括了目前最全面的家蠶和野桑蠶基因組信息，是迄今為止全球動(dòng)植物領(lǐng)域最大的長(zhǎng)讀長(zhǎng)泛基因組。

家蠶起源于黃河中下游地區(qū)

——西南大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)詳解家蠶超級(jí)泛基因組圖譜

10月9日，西南大學(xué)，家蠶超級(jí)泛基因組項(xiàng)目成員正在檢測(cè)基因表達(dá)情況。記者 鄭宇 攝/視覺重慶

家蠶超級(jí)泛基因組圖譜。記者 鄭宇 攝/視覺重慶

家蠶的起源地，到底是單起源中心還是多起源中心？

長(zhǎng)期以來，家蠶起源于中國(guó)野桑蠶的觀點(diǎn)在學(xué)界早已達(dá)成共識(shí)，但是家蠶起源于我國(guó)什么地方依然存在爭(zhēng)議。

10月9日，西南大學(xué)家蠶基因組生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、國(guó)家蠶桑產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系首席科學(xué)家代方銀教授，在詳細(xì)介紹該團(tuán)隊(duì)繪就的全球首張家蠶超級(jí)泛基因組圖譜時(shí)表示，該項(xiàng)研究比較了千余個(gè)蠶的基因組信息，最終論證得出了家蠶起源于黃河中下游地區(qū)這一結(jié)論。這與山西夏縣出土的半顆蠶繭、石雕蠶蛹等考古學(xué)發(fā)現(xiàn)不謀而合，在考古論證的基礎(chǔ)上，完善了生物學(xué)的論證。

研究的家蠶品種涵蓋四大地理系統(tǒng)，并在西藏發(fā)現(xiàn)野桑蠶

業(yè)界早有定論，家蠶起源于我國(guó)，由古野桑蠶馴化而來，具有5000多年的馴養(yǎng)歷史。但其馴化起源地卻長(zhǎng)期懸而未決，特別是缺乏有力的生物學(xué)證據(jù)。

“在這張家蠶超級(jí)泛基因組圖譜中，我們公布的樣本有1078個(gè)，包括47個(gè)野桑蠶、205個(gè)家蠶地方種、194個(gè)實(shí)用種和632個(gè)突變體?！贝姐y表示，以前的家蠶群體基因組學(xué)研究樣本，樣本數(shù)目都只有幾十個(gè)或100多個(gè)，而且都是基于二代測(cè)序技術(shù)，獲得的信息有限。而本項(xiàng)目的測(cè)序樣本數(shù)超過了1000份，且全部進(jìn)行了深度二代測(cè)序，從而獲得了最廣泛的家蠶遺傳變異信息。

據(jù)了解，本次公布數(shù)據(jù)的材料主要包括家蠶和野桑蠶?！耙吧ＰQ是家蠶的祖先，主要分布在中國(guó)及中國(guó)以外的東亞和南亞部分地區(qū)。而家蠶在長(zhǎng)期的馴化和飼育過程中，也形成了具有各種地理特性的地方品種?！蔽髂洗髮W(xué)家蠶基因組生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室童曉玲教授介紹，本項(xiàng)目研究的野桑蠶來源廣泛，包括西藏自治區(qū)、遼寧省、云南省，以及日本的沖繩、坂戶地區(qū)，涵蓋了四大地理系統(tǒng)種：中國(guó)系統(tǒng)種、歐洲系統(tǒng)種、熱帶系統(tǒng)種和日本系統(tǒng)種，此外，還包括大量蘊(yùn)含巨大科學(xué)研究?jī)r(jià)值的突變體資源。

“在這當(dāng)中，亞洲、歐洲系統(tǒng)種占了主導(dǎo)地位，但熱帶系統(tǒng)種由于獨(dú)特的氣候條件，也對(duì)我們研究家蠶生態(tài)適應(yīng)性性狀提供了極大的參考意義?！蓖瘯粤嵬嘎?，特別值得一提的是，2019年，她還在西藏專門搜集到了此前從未被發(fā)現(xiàn)過的西藏野桑蠶，豐富了野桑蠶樣本。

“研究發(fā)現(xiàn)，黃河中下游地區(qū)的地方種分布在進(jìn)化樹上家蠶分支的基部，表明家蠶最早起源于黃河中下游地區(qū)?！贝姐y表示，1926年在山西夏縣西陰村出土的半顆蠶繭、2019年在夏縣師村出土的石雕蠶蛹等考古證據(jù)，都為此結(jié)論提供了重要的佐證。

構(gòu)建“數(shù)字家蠶”基因庫(kù)，可快速精準(zhǔn)找到性狀的關(guān)鍵控制基因

泛基因組是指一個(gè)物種內(nèi)所有基因組信息的總和，它比單一參考基因組涵蓋了更多的遺傳多樣性。在著名蠶遺傳育種專家、中國(guó)工程院院士向仲懷看來，這個(gè)高精度家蠶泛基因組圖譜構(gòu)建了“數(shù)字家蠶”基因庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了家蠶這個(gè)物種遺傳信息的數(shù)字化——“數(shù)字家蠶”。

“數(shù)字家蠶”有什么用？“通過這張圖，我們可以直接對(duì)接表型和基因組密碼。”代方銀打了一個(gè)比方，以前鑒定特定性狀的基因或其因果變異猶如“大海撈針”，現(xiàn)在則可謂是“甕中捉鱉”，因?yàn)槌?jí)泛基因組為此提供了“精細(xì)網(wǎng)格化”的“坐標(biāo)”指導(dǎo)，對(duì)于行家里手來說就像是“查字典”。

代方銀進(jìn)一步解釋說，長(zhǎng)期以來，家蠶育種選擇的主要目標(biāo)經(jīng)濟(jì)性狀是繭絲相關(guān)性狀，如繭絲產(chǎn)量和品質(zhì)性狀。然而，迄今為止對(duì)這類屬于數(shù)量遺傳性狀的控制基因和位點(diǎn)知之甚少。而泛基因組則相當(dāng)于連接表型特別是復(fù)雜性狀和序列之間“最近的橋”。在這項(xiàng)研究中有一個(gè)案例——轉(zhuǎn)錄因子BmE2F1可調(diào)控家蠶繭絲產(chǎn)量。通過敲除該轉(zhuǎn)錄因子后，蠶的絲腺細(xì)胞數(shù)減少了7.68%，產(chǎn)絲量減少22%。而如果增加該轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)量，絲腺細(xì)胞數(shù)則增加了23%，產(chǎn)絲量增加16%。

代方銀進(jìn)一步解釋，“數(shù)字家蠶”類似于一部家蠶遺傳多樣性字典，可幫助我們快速、精準(zhǔn)地找到控制家蠶產(chǎn)絲量、絲纖度、胚胎滯育、昆蟲警戒色代表模式等重要性狀的控制基因或關(guān)鍵基因。

超級(jí)泛基因組將推動(dòng)家蠶育種優(yōu)良基因挖掘進(jìn)入快車道

西南大學(xué)該項(xiàng)研究團(tuán)隊(duì)專家介紹，早在20世紀(jì)初就開展了遺傳學(xué)理論指導(dǎo)下的家蠶育種研究和應(yīng)用，但直到現(xiàn)在，家蠶的一些關(guān)鍵經(jīng)濟(jì)性狀，尤其是繭絲產(chǎn)量，已進(jìn)入了改良的平臺(tái)期?！皬氖澜绶秶鷣砜?，自20世紀(jì)八九十年代以來，繭絲產(chǎn)量已經(jīng)沒有明顯提升，高產(chǎn)超高產(chǎn)新品種培育也陷入了停滯，這極大限制了蠶桑產(chǎn)業(yè)效益的進(jìn)一步提升。”代方銀表示。

對(duì)于此次發(fā)布的家蠶超級(jí)泛基因組圖譜，國(guó)際名刊《自然通訊》論文評(píng)審專家認(rèn)為，該超級(jí)泛基因組一方面囊括了目前最全面的家蠶和野桑蠶基因組信息，是迄今全球動(dòng)植物領(lǐng)域最大的長(zhǎng)讀長(zhǎng)泛基因組；另一方面，其檢出了家蠶這一物種的幾乎全部的變異信息，將推動(dòng)家蠶育種優(yōu)良基因挖掘進(jìn)入快車道，并真正開啟家蠶分子育種的新時(shí)代。

“我們前期研究揭示的大量馴化和改良相關(guān)的基因和基因組結(jié)構(gòu)變異以及繭絲產(chǎn)量和絲纖度的控制基因，對(duì)家蠶現(xiàn)代分子育種具有重要價(jià)值?！贝姐y稱，此外，家蠶含有大量具有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值的素材，如廣食性、抗病抗逆、高轉(zhuǎn)化率、快生長(zhǎng)、天然彩色繭家蠶等，應(yīng)用家蠶超級(jí)泛基因組可規(guī)?；诰蚣倚Q重要經(jīng)濟(jì)性狀相關(guān)序列，對(duì)未來家蠶設(shè)計(jì)育種具有強(qiáng)力支撐和推動(dòng)作用。

本報(bào)記者 李志峰

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