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)國家重點實驗室主任、國家蠶桑產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系首席科學(xué)家代方銀教授團隊發(fā)布消息稱，該團隊已完成家蠶大規(guī)模種質(zhì)資源基因組解析，成功繪就全球首張家蠶超級泛基因組圖譜，并率先創(chuàng)建“數(shù)字家蠶”基因庫，開啟家蠶分子育種的新紀元。

代方銀表示，超級泛基因組是一個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，繪就家蠶超級泛基因組圖譜，對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，該研究團隊對1078份各類蠶種質(zhì)資源進行了深度二代測序，并對其中545份代表性資源進行了三代測序，鑒定4300余萬個SNP(單核苷酸多態(tài)性)、930余萬個Indel(插入缺失標記)、340余萬個結(jié)構(gòu)變異和7308個新基因（家族），由此繪制了一個高精度家蠶泛基因組圖譜。

“團隊完成基因組測序的家蠶材料，涵蓋全世界90%以上的家蠶代表性種質(zhì)資源。”著名蠶遺傳育種專家、中國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、生長發(fā)育、抗病抗逆、體型體色等。

因此，“數(shù)字家蠶”基因庫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，猶如“大海撈針”。現(xiàn)在，“數(shù)字家蠶”基因庫里的超級泛基因組為他們提供了“精細網(wǎng)格化”的“坐標”指導(dǎo)。科學(xué)家要揭秘家蠶的特征特性，就像是“查字典”，可以快速、精準地找到負責(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)濟價值的素材，具有廣食性、抗病抗逆、高轉(zhuǎn)化率等特性，應(yīng)用家蠶超級泛基因組可規(guī)模化挖掘家蠶重要經(jīng)濟性狀相關(guān)序列，對家蠶設(shè)計育種具有強力的支撐作用。

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

家蠶起源于黃河中下游地區(qū)

——西南大學(xué)研究團隊詳解家蠶超級泛基因組圖譜

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

家蠶超級泛基因組圖譜。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？

長期以來，家蠶起源于中國野桑蠶的觀點在學(xué)界早已達成共識，但是家蠶起源于我國什么地方依然存在爭議。

10月9日，西南大學(xué)家蠶基因組生物學(xué)國家重點實驗室主任、國家蠶桑產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系首席科學(xué)家代方銀教授，在詳細介紹該團隊繪就的全球首張家蠶超級泛基因組圖譜時表示，該項研究比較了千余個蠶的基因組信息，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，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)。

“在這張家蠶超級泛基因組圖譜中，我們公布的樣本有1078個，包括47個野桑蠶、205個家蠶地方種、194個實用種和632個突變體。”代方銀表示，以前的家蠶群體基因組學(xué)研究樣本，樣本數(shù)目都只有幾十個或100多個，而且都是基于二代測序技術(shù)，獲得的信息有限。而本項目的測序樣本數(shù)超過了1000份，且全部進行了深度二代測序，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。“野桑蠶是家蠶的祖先，主要分布在中國及中國以外的東亞和南亞部分地區(qū)。而家蠶在長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。”西南大學(xué)家蠶基因組生物學(xué)國家重點實驗室童曉玲教授介紹，本項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，還包括大量蘊含巨大科學(xué)研究價值的突變體資源。

“在這當中，亞洲、歐洲系統(tǒng)種占了主導(dǎo)地位，但熱帶系統(tǒng)種由于獨特的氣候條件，也對我們研究家蠶生態(tài)適應(yīng)性性狀提供了極大的參考意義。”童曉玲透露，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)。”代方銀表示，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，可快速精準找到性狀的關(guān)鍵控制基因

泛基因組是指一個物種內(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、中國工程院院士向仲懷看來，這個高精度家蠶泛基因組圖譜構(gòu)建了“數(shù)字家蠶”基因庫，實現(xiàn)了家蠶這個物種遺傳信息的數(shù)字化——“數(shù)字家蠶”。

“數(shù)字家蠶”有什么用？“通過這張圖，我們可以直接對接表型和基因組密碼。”代方銀打了一個比方，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”，因為超級泛基因組為此提供了“精細網(wǎng)格化”的“坐標”指導(dǎo)，對于行家里手來說就像是“查字典”。

代方銀進一步解釋說，長期以來，家蠶育種選擇的主要目標經(jīng)濟性狀是繭絲相關(guān)性狀，如繭絲產(chǎn)量和品質(zhì)性狀。然而，迄今為止對這類屬于數(shù)量遺傳性狀的控制基因和位點知之甚少。而泛基因組則相當于連接表型特別是復(fù)雜性狀和序列之間“最近的橋”。在這項研究中有一個案例——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)錄因子的表達量，絲腺細胞數(shù)則增加了23%，產(chǎn)絲量增加16%。

代方銀進一步解釋，“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。

超級泛基因組將推動家蠶育種優(yōu)良基因挖掘進入快車道

西南大學(xué)該項研究團隊專家介紹，早在20世紀初就開展了遺傳學(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)濟性狀，尤其是繭絲產(chǎn)量，已進入了改良的平臺期。“從世界范圍來看，自20世紀八九十年代以來，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)效益的進一步提升。”代方銀表示。

對于此次發(fā)布的家蠶超級泛基因組圖譜，國際名刊《自然通訊》論文評審專家認為，該超級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，是迄今全球動植物領(lǐng)域最大的長讀長泛基因組；另一方面，其檢出了家蠶這一物種的幾乎全部的變異信息，將推動家蠶育種優(yōu)良基因挖掘進入快車道，并真正開啟家蠶分子育種的新時代。

“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，對家蠶現(xiàn)代分子育種具有重要價值。”代方銀稱，此外，家蠶含有大量具有重要經(jīng)濟價值的素材，如廣食性、抗病抗逆、高轉(zhuǎn)化率、快生長、天然彩色繭家蠶等，應(yīng)用家蠶超級泛基因組可規(guī)模化挖掘家蠶重要經(jīng)濟性狀相關(guān)序列，對未來家蠶設(shè)計育種具有強力支撐和推動作用。

本報記者 李志峰

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