西南大学蚕学与系统生物学研究所的2项研究成果分别在美国《国家科学院院刊》和《生物化学》杂志发表

2010年7月6日，西南大学蚕学与系统生物学研究所完成的家蚕伴性赤蚁突变基因定位克隆研究成果在国际著名学术期刊《Proceedings of the National Academy of Sciences》（美国《国家科学院院刊》）上在线发表（http：／／www．pnas．org／content／early／2010／07／01／1001725107．abstract）。

家蚕泛基因组研究成果及影响

泛基因组是动植物基因组研究的前沿,其特点是全面揭示物种的基因组多样性及其演化特征,包括前期技术不能很好识别的大片段结构变异等。泛基因组研究为系统解析表型多样性的形成和现代育种提供最全面的基因组信息,意义重大。2022年,本研究团队在世界上率先完成了家蚕泛基因组构建,一次性完成545个样本的三代长读长测序和1 078个样本的深度二代测序,取得一系列重要新发现。家蚕泛基因组为规模化高效解析家蚕重要性状遗传基础和有效开展分子育种奠定了坚实基础,推动蚕学研究进入新的历史阶段,进一步巩固了我国在本领域的引领地位,对蚕业科学的发展具有深远影响。近2年来,在泛基因组的有力支撑下,我们在家蚕的多组学数据库构建、W染色体完整序列解析、重要性状遗传基础解析等方面取得多项突破性进展,并大力推动泛基因组在基因组选择、分子设计育种等方面的应用。在家蚕泛基因组论文发表2周年之际,特撰文对该计划的研究成果、影响和相关后续工作进行了梳理及展望。

家蚕分子遗传操作技术研究进展

家蚕的分子遗传操作是鉴定基因功能、开展分子育种和种质材料创新等研究的重要平台技术,对于推动家蚕实验动物模式化,推进蚕业科学深度融入生命科学和促进传统蚕丝业高质量发展具有重要支撑作用。近年来,家蚕分子遗传操作技术取得了显著进展,包括转基因技术、基因组靶向编辑技术、时空特异性表达技术及其他辅助分子遗传操作技术均得到了广泛地应用,使得家蚕在农业、纺织业以及医学与材料科学等学科领域的基础和应用研究取得了一系列重要成果。本文综述了家蚕分子遗传操作技术的建立、发展现状和面临的问题,旨在为家蚕分子遗传操作技术在现代分子育种及生物材料开发等研究中的应用提供参考和指导。

家蚕茧丝数量性状的分子遗传基础研究进展

家蚕品种选育的目标经济性状多属于典型的数量性状,其遗传基础研究是家蚕育种发展的重要基础。由于茧丝产量与品质直接关系到养蚕业和丝绸工业的效益,故近百年来茧质相关性状是家蚕数量遗传研究的重点。21世纪以来,随着基因组学的发展和功能基因研究体系的日臻完善,家蚕数量性状遗传研究进入一个新的阶段。近年来,家蚕茧丝产量和茧丝纤度主效基因的鉴定先后获突破,家蚕泛基因组计划研究成果为该领域的发展奠定了更加坚实的基础。本文着重对家蚕茧丝数量性状的分子遗传基础研究最新进展进行综述,以期为针对家蚕茧丝性状的分子改良提供参考。

家蚕性别决定分子机制及调控研究进展

性别决定是生物学研究领域一个基础且重要的科学问题。雄蚕与雌蚕在生理生化和经济性状方面具有差异,故家蚕性别决定一直是蚕业科学及蚕桑产业关注的重要课题。本文对家蚕的性染色体、性别决定基因、性别决定级联调控,以及家蚕性别调控在产业上的应用等研究现状进行分析和阐述,为进一步解析家蚕性别决定调控网络,阐明家蚕性别决定调控机制,以及促进其他鳞翅目昆虫性别决定研究提供参考信息和借鉴。

FLP/FRT位点特异性重组系统在高等真核生物中的研究进展

来源于酵母2μm质粒的FLP/FRT位点特异性重组系统已经被广泛应用于拟南芥、水稻、小鼠、果蝇、线虫等高等真核模式生物,正逐渐成为转基因动植物研究领域进行基因操作的强有力工具。笔者综述了FLP/FRT系统的重组原理及其在高等真核生物中的应用,系统地概述了该系统在转基因植物、哺乳动物、昆虫以及其它相关高等真核模式生物中的研究现状,讨论了FLP/FRT系统在研究中存在的主要问题、应用前景和发展方向。

Cre/lox位点特异性重组系统在高等真核生物中的研究进展

来自于P1噬菌体的Cre/lox系统通过位点特异性重组可以迅速而有效地实现各种生理环境下的基因定点插入、删除、替换和倒位等操作。Cre/lox系统作为目前基因打靶技术的核心工具,已被广泛应用于拟南芥、水稻、小鼠、果蝇、斑马鱼等高等真核模式生物。文章较为全面地介绍了Cre/lox系统的基本概况及其在高等真核生物中的应用,讨论了Cre/lox系统在研究中存在的主要问题和今后的发展方向,为利用该系统在不同高等生物中进行基因操作提供有用的参考。

家蚕表皮蛋白基因的生物信息学分析

家蚕的表皮蛋白(cuticular protein)是家蚕重要的结构蛋白,与几丁质一同作为家蚕表皮的重要组成部分。运用生物信息学的方法对家蚕表皮蛋白进行了广泛分析。通过保守的基序检索家蚕基因组,得到163条候选的表皮蛋白序列,包括RR、Tweedle、CPF&CPFL等家族,并且发现具有确定的保守基序的表皮蛋白基因在染色体上都是以串联集群形式分布。氨基酸组成分析表明,这些表皮蛋白富含甘氨酸、丙氨酸、亮氨酸、组氨酸等。运用Sig-nalP server预测这部分蛋白质有85%都具有信号肽。进化分析显示,负选择是家蚕表皮蛋白基因进化的主要驱动力。采用TFSEARCH等在线服务软件分析发现,在70%含有RR基序的家蚕表皮蛋白基因的核心启动子区具有通用的TATAAA序列。

家蚕胚胎发育过程的组织形态学研究

家蚕胚胎发育过程的组织形态学研究对家蚕胚胎发育研究具有重要作用。将不同发育时期的家蚕卵经软化卵壳后进行石蜡切片和HE染色观察,获得了家蚕胚盘形成、胚带形成、中胚层分化、头胸部突起明显、腹部突起显现、反转前、反转时、反转后和器官形成等典型胚胎发育时期的形态图片;用连续切片技术观察到了类原始生殖细胞存在于中胚层突起处。

蚕业科学研究现状浅析——基于SCI文献的分析研究

采用文献计量方法,对2000-2010年SCI收录蚕学研究文献进行数据统计和趋势分析。统计结果表明:2000-2010年SCI收录的蚕学研究文献总数为1 983篇,2005年出现明显上升并趋于稳定;文献集中在家蚕基因组和功能基因组、蛋白质组、家蚕生物反应器、变态与发育、免疫等热点领域;收录文献94.40%来自日本、中国、印度、美国和韩国5个国家,发表文献数量排名前10的机构和作者,日本、中国分别为6个和4个;文献平均被引频次为7.87次,美国、日本、中国作者的文献平均被引频次依次排在前3位。值得关注的是:中国作者发表文献从2000年的7篇上升到2010年的110篇(位居年度第1),是变化最大的国家;中国作者的"家蚕基因组框架图"论文入选《Science Watch》重要研究前沿分子生物学及遗传学领域的最高引用率论文,反映了中国在蚕学研究领域的崛起;中国蚕学研究MAI指数在2007年第一次超过100,开始步入世界蚕学研究中心,2010年达到173.7,表明中国的蚕学研究力度已经大大超过世界平均水平,但是从H-指数看,中国还需要多发表高水平的研究论文。根据SCI蚕学文献的研究热点预示:2010年以后,解决蚕丝产业的重大关键技术问题、促进基于蚕和桑的新兴生物产业发展、强化家蚕模式生物的研究等将是蚕业科学研究的主要方向,并会更加深入全面地推进。

家蚕27、28号染色体基因的生物信息学分析

利用家蚕基因组精细图分析第27、28号染色体上的基因结构及其编码蛋白的功能结构域,可为在家蚕资源库中鉴定这两条染色体上的突变基因以及发现新的形态标记提供重要线索。基因预测及结构分析显示:家蚕第27和28号染色体是基因数目最少的两条染色体,预测基因数目分别是241个和288个,平均每个基因分别具有7.7和5.3个外显子;蛋白质全长编码区序列(CDS)长度主要分布于400-800 bp之间;CDS的GC含量分别是49.72%和46.54%。蛋白质功能结构域分析发现,家蚕第27、28号染色体上基因所编码的蛋白分别具有76和92种结构域,其中最多的3种结构域分别为Sugar_tr、MFS_1、zf-C2H2和UDPGT、DUF、Serpin。将家蚕第27、28号染色体上的预测基因与果蝇突变基因进行同源检索的结果显示,家蚕第27、28号染色体上分别有16和15个基因具有明显的可能突变表型。

家蚕体形突变第2数珠蚕(mf-2)的遗传学研究

经X射线诱导发现的家蚕体形突变第2数珠蚕(mf-2)在形态上与数珠蚕(mf:12-39.8)相似。通过二者间的杂交实验表明,mf-2与mf为独立遗传;与各染色体的标记基因进行连锁分析,发现mf-2与第15染色体的眼纹全黑(bl:15-0.0)连锁,说明mf-2基因属于第15连锁群;初步测定mf-2与bl间的遗传距离为27.7 cM。

对蚕学专业引入基因组与生物信息学课程的思考

目前,基因组与生物信息学已成为生命科学研究过程中必不可少的工具。然而,大多数国内高校的基因组与生物信息学教育却由于多种原因,发展迟滞,仅限于研究生阶段。西南大学蚕学专业不但拥有完整的家蚕基因组数据,且其基因组与生物信息学的教学和科研力量都很强,具有在本科课程中引入该门课程的显著优势。因此,本文拟通过描述两种切实可行的操作模式,将基因组与生物信息学引入蚕学本科课程中,旨在吸引更多的高校师生关注并有可能尝试去掌握该门新兴学科。

家蚕及鳞翅目W染色体基因组及其起源

家蚕作为重要经济昆虫,基因组学研究已取得了一系列重要成果,最近家蚕W染色体基因组研究也获得了突破。昆虫中W染色体为鳞翅目特有,其起源长期是进化生物学研究的热点问题,随着近年基因组学研究的高速发展,关于鳞翅目W染色体起源问题也有了较为明晰的认识。本文重点介绍家蚕W染色体的研究历程和具体特征,并详细描述鳞翅目W染色体起源的研究进展,以期为家蚕性别调控和基于W染色体的分子育种研究,以及其他物种性染色体起源研究提供理论参考。

蚕桑产业在南方石漠化治理中的实践

石漠化是中国南方岩溶地区最为突出的生态问题,治理过程中需要兼顾生态效益和经济效益。随着“东桑西移”战略的实施,石漠化集中的7个省(区、市)的桑园面积和蚕茧产量分别占全国的68.3%和80.3%。因此,蚕桑产业在石漠化地区具有良好的产业基础。本文综述了桑蚕生产系统对石漠化地区的修复潜力,以及蚕桑产业在石漠化地区的推广实践。桑蚕生产系统在石漠化地区具有促进保水固土、提高土壤质量、保护生物多样性、美化环境景观等方面的作用。从品种筛选、农艺管理等角度分析了提升桑树在石漠化地区适应性的措施。以重庆市黔江区栽桑养蚕的经营现状为例,分析了小蚕共育和大蚕饲养的规模,以及经营不同规模桑园的产量和效益。最后,从加强科学技术研究及政策支持和宣传力度等角度给出了建议。

石漠化地区的生态危机及菌根桑生物修复潜力研究进展

在简要总结出石漠化地区的生态特征、生态威胁及生态恢复存在的主要障碍的基础上,比较系统地分析了桑树在石漠化生境中已表现出的生态适应能力和生态修复潜力。桑树作为喀斯环境的速生造林树种,根系发达,耐干旱耐贫瘠能力极强,对增加植被覆盖率、促进生态环境改善、实现石漠化地区脆弱生态系统的恢复与平衡产生重要作用。尤其是由于丛枝菌根具有对矿质营养和水分吸收能力强的特殊生理生态功能,刚好与石漠化地区贫瘠和干旱这一主要生态障碍相耦合,接种丛枝菌根真菌后能进一步扩大桑树对矿质营养和水分的吸收与运输,减轻贫瘠干旱胁迫,加快土壤微生物群落构建,提高土壤生物活力,促进植被群落正向演替。种植菌根桑可望成为喀斯特石漠化生态修复一种新途径。

家蚕模式化研究进展

建立具有中国特色的新型模式生物系统,是我国模式生物研究与发展的重要方向之一。家蚕(Bombyx mori)不仅具备模式生物的基本要素,而且还有其突出的特点和优势,2002年国际无脊椎动物协会正式将家蚕确定为鳞翅目模式昆虫。家蚕代表了生物界的一个大类群,易于在实验室内饲养和繁殖,世代短,子代群体大,遗传背景清楚,便于进行实验操作,并且遗传资源丰富,具有悠久的基础研究历史和现代科学研究基础,所以家蚕作为实验动物,在经典遗传学、动物遗传学、发育生物学、细胞生物学、昆虫免疫学、鳞翅目害虫防治、环境监测乃至医药学等研究领域受到广泛的关注。家蚕是少数完成基因组计划从框架图到精细图、重测序的代表物种,家蚕生物信息资源及分析平台以及功能基因鉴定和功能分析的平台日趋完善,使家蚕已经成为基因组学研究的典型范例之一。后基因组时代即使一个科学目标也有多种模式生物进行综合化分析,新的模式生物系统将逐渐形成。中国家蚕基因组计划推动了家蚕模式生物系统化的研究。建立具有中国特色的家蚕模式生物系统,并推进在鳞翅目害虫防治、人类疾病模型、医药筛选及环境检测等领域的实际应用,将有助于我国生命科学和生物产业相关领域形成优势竞争力。

酶解缫丝蚕蛹蛋白抗氧化肽的分离与稳定性研究

目的:研究酶解缫丝蚕蛹蛋白抗氧化肽的分离和稳定性,为其开发应用提供基础数据。方法:超滤分离酶解缫丝蚕蛹蛋白抗氧化肽,比色法测定其抗氧化能力。结果:超滤分级后得到分子质量为200～3 000 D的酶解缫丝蚕蛹蛋白抗氧化肽对O2-?、?OH、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH)自由基的IC50分别为18.85 mg/mL、3.13 mg/mL、35.23 μg/mL。该抗氧化肽经过4 h胃蛋白酶+胰蛋白酶处理前后对DPPH自由基清除率分别为81.05%、82.26%;在pH 4、8条件下处理1 h,对DPPH自由基清除率分别为98.02%、11.80%(100 μg/mL);在温度95 ℃条件下处理1 h,对DPPH自由基清除率为87.11%(100 μg/mL);用浓度为1.0 mol/L的NaCl处理6 h,相比对照组,对DPPH自由基清除率由51.58%下降到22.68%(60 μg/mL)。结论:超滤后得到的分子质量为200～3 000 D的酶解缫丝蚕蛹蛋白抗氧化肽的抗氧化能力比酶解原液有一定提高;且在酸性、高温、脱盐处理后对DPPH自由基的清除能力保持较好;胃肠道消化酶对其DPPH自由基清除能力的影响不显著(P>0.05)。

基于amy基因的中国野桑蚕遗传多样性及其与家蚕的系统发育关系

为探索中国野桑蚕Bombyx mandarina的遗传多样性及其与家蚕B.mori的系统发育关系,采用PCR产物直接测序法(少数样本克隆测序)获得34个家蚕和野桑蚕样本淀粉酶基因amy序列片段(715bp)。分析发现56个多态性位点,鉴定出28种单倍型(haplotype);核苷酸多样性π=0.01390±0.00103,单倍型多样度Hd=0.988±0.011。核苷酸不配对分析(mismatchan alysis)和Fu’sFs检测表明中国野桑蚕曾发生过种群扩张。分子方差分析(AMOVA)表明,遗野桑蚕传差异主要在种群内,种群间和地理组群间差异不显著。聚类树上34个样本聚为3枝/3蔟,野蚕和家蚕都不按地理区域或系统(类型)聚类,A枝由来自不同地区的野蚕和不同类型的家蚕混合构成,并且进一步分成3个亚枝,每一亚枝也同时包含家蚕和野蚕,B枝由3个家蚕和1个野蚕混合构成,C枝全部由来自不同地区的野蚕构成。网络分析没有发现"祖先单倍型"和优势单倍型。结果提示,淀粉酶基因是一个多态性丰富的分子标记,中国野桑蚕遗传多样性十分丰富,据此推测家蚕起源于多种生态类型混杂的野桑蚕。

家蚕精巢中小热激蛋白在不同发育时期的蛋白质组学分析

【目的】研究家蚕不同发育时期精巢组织中小热激蛋白(sHSP)变化,为阐明其在家蚕精子发生中的重要作用提供理论参考。【方法】利用双向电泳技术建立家蚕5龄第5天、化蛹第1天和化蛾第1天3个时期的精巢电泳图谱,并用Imagemaster2D 6.0软件分析不同时期图谱中的差异蛋白,再用基质辅助激光解析离子质谱(MALDI-TOF-MS)对这些蛋白进行鉴定。【结果】鉴定出家蚕精巢中5个小热激蛋白,分别为sHSP23.7、sHSP20.8、sHSP 20.4、sHSP19.9和sHSP19.8,它们在化蛹第1天和化蛾第1天的蛋白合成量比5龄第5天显著降低。【结论】在家蚕精巢中,5龄第5天是形成有核精子的重要时期,有大量的微管蛋白(α微管蛋白、β微管蛋白),它是中心粒和纺锤体的重要组成成分,在减数分裂中有重要作用,这些小热激蛋白可能在有核精子形成时与微管蛋白相互作用,在促进鞭毛轴丝形成和鞭毛运动方面发挥重要作用。