重慶科學家繪制全球首張家蠶超級泛基因組圖譜 “爆改”蠶寶寶有了“數字字典”
2025-09-01 06:22:16 來源： 新重慶-重慶日報
新重慶-重慶日報首席記者 張亦筑
用飼料代替桑葉，吐絲結成綠色繭，結繭后不再“破繭而出”……蠶寶寶被成功“爆改”，這與重慶科學家團隊創建的家蠶泛基因組“數字字典”密切相關。
日前，2024年度重慶市科學技術獎正式揭曉，由西南大學完成的“家蠶泛基因組與重要性狀遺傳基礎研究”項目獲得重慶市自然科學獎一等獎。
歷時4年實施“千蠶基因組計劃”
西南大學擁有世界最大的家蠶基因資源庫，西南大學資源昆蟲高效養殖與利用全國重點實驗室主任代方銀帶領團隊從2018年起，歷時4年實施“千蠶基因組計劃”，對1078份蠶種質資源進行了二代、三代測序和分析。
“這些蠶種質資源包括205份地方種、194份改良種、632份遺傳材料和47份野桑蠶，涵蓋世界‘絲綢之路’各主要蠶區、全世界家蠶代表性種質資源的90%以上?！贝姐y說，在此基礎上，團隊繪制出全球首張家蠶超級泛基因組圖譜，囊括目前最全面的家蠶及野桑蠶基因組信息。
研究過程中，團隊還獲得關于家蠶起源地的重要科學發現。
“家蠶作為重要的經濟昆蟲，在我國有5000多年的馴養歷史?！贝姐y介紹，家蠶起源于中國野桑蠶的觀點在學界已達成共識，但具體起源于我國什么地方存在爭議，特別是缺乏有力的生物學證據。
通過構建家蠶泛基因組進化樹，團隊發現，來自黃河中下游地區的家蠶地方種分布在進化樹上家蠶分支的基部，與野桑蠶的遺傳距離最近，由此證實，家蠶起源于黃河中下游地區。這與山西夏縣出土的半顆蠶繭、石雕蠶蛹等考古學證據互相佐證。至此，家蠶起源地的爭議有了結論。
創建“數字家蠶”基因庫
蠶桑產業在我國歷史悠久，擁有過輝煌，也經歷過衰落。要讓傳統產業煥發新生機，培育新品種，推動產業提質增效是重要發展方向之一。這也成為家蠶遺傳學研究的重點。
“以前開展家蠶遺傳育種研究，參考基因組僅來自一個品系，存在顯著局限性?！蔽髂洗髮W資源昆蟲高效養殖與利用全國重點實驗室教授童曉玲說，單一參考基因組無法全面反映一個物種的遺傳多樣性，用于基因比對和分析，能提供的變異信息有限，不足以支撐優良基因的發現和挖掘，從而影響家蠶育種工作的推進。這好比一部漢語字典，收錄了很多漢字，但還有一些實際存在但未被收錄的漢字，我們查字典時就查不到。
泛基因組是一個物種所有基因組信息的總和，能彌補上述不足。
“我們實施‘千蠶基因組計劃’，繪制出家蠶超級泛基因組圖譜，參考基因組就來自上千個品系?！蓖瘯粤峤榻B，團隊組裝了545個高質量基因組，注釋獲得家蠶基因總數19411個，其中新發現7308個新基因（家族），為深化功能基因組研究、種質創新等奠定了堅實基礎。
在繪制家蠶超級泛基因組圖譜的基礎上，團隊還創建了“數字家蠶”基因庫，實現家蠶遺傳信息的數字化。有了這部“數字字典”，研究人員就能快速、精準獲取家蠶表型相關的基因組密碼。
開啟家蠶設計育種新紀元
家蠶超級泛基因組圖譜的繪制和“數字家蠶”基因庫的創建，讓研究人員可以根據育種目標，結合基因組選擇、基因編輯、合成生物學等分子育種手段，實現設計育種，開啟家蠶育種新紀元。
項目實施以來，團隊運用組學數據和技術，解析了30多種家蠶重要性狀的遺傳基礎，涵蓋發育、形態、產量、品質、生態適應性等，創制出高產絲、高繁殖力等突破性新種質。
代方銀舉例說，如何讓家蠶的產絲量更高，這直接影響經濟效益。對此，團隊研究發現，細胞周期調控因子BmE2F1是產絲量的一個主效基因。如果把它敲除，產絲量會減少22%；如果增加它的表達量，產絲量則增加16%。
再如，蠶在吐絲結繭后會變成蛹，繼而變成蛾后“破繭而出”。但是，“破繭而出”的過程會導致蠶絲斷裂，無法獲取完整的長絲，影響蠶絲品質和后期加工。為此，繅絲廠通常是進行烘干處理，讓蠶蛹死亡，不再“破繭而出”。
研究發現，溶解酶基因是家蠶“破繭而出”的唯一決定基因，如果把該基因敲除掉，家蠶就不再“破繭”，且其他性狀不受影響。由此，團隊創制出遺傳性“不破繭”種質，為培育家蠶免烘繭品種提供了可能。
此外，團隊還創制了攝食非桑食物和人工飼料的育種素材，培育了對人工飼料具有優異適應性的家蠶品系。
值得一提的是，團隊對彩色繭育種展開深入研究，在家蠶體內發現一簇糖轉運蛋白編碼基因，能協同參與黃酮化合物的吸收，讓家蠶結出綠繭。相比其他彩色繭來說，它具有更加突出的開發利用價值。
“未來，我們希望揭示更多微妙且遺傳復雜的性狀，實現‘改造家蠶、多元利用’，為家蠶及其它昆蟲的研究開辟新領域?！贝姐y表示。
責任編輯：熊世華
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