全球首张！重庆科学家绘制家蚕超级泛基因组图谱

　　吃饲料代替喂桑叶，吐丝结成绿色茧，结茧后不再“破茧而出”……蚕宝宝被成功“爆改”，令人脑洞大开，而这些答案都藏于重庆科学家团队创建的家蚕泛基因组“数字字典”。

　　日前，2024年度重庆市科学技术奖正式揭晓，由西南大学完成的“家蚕泛基因组与重要性状遗传基础研究”项目获得重庆市自然科学奖一等奖。

　　历时4年实施“千蚕基因组计划”

　　西南大学拥有世界最大的家蚕基因资源库，为此，西南大学资源昆虫高效养殖与利用全国重点实验室主任代方银团队从2018年起，历时4年实施“千蚕基因组计划”，对1078份蚕种质资源进行了二代、三代测序和分析。

　　“这些蚕种质资源包括205份地方种、194份改良种、632份遗传材料和47份野桑蚕，涵盖世界‘丝绸之路’各主要蚕区、占世界家蚕代表性种质资源的90%以上。”代方银说，在此基础上，团队绘制出全球首张家蚕超级泛基因组图谱，囊括目前最全面的家蚕及野桑蚕基因组信息。

　　研究过程中，团队还获得关于家蚕起源地的重要科学发现。

　　“家蚕作为重要的经济昆虫，在我国有5000多年的驯养历史。”代方银介绍，长期以来，家蚕起源于中国野桑蚕的观点在学界已达成共识，但具体起源于我国什么地方存在争议，特别是缺乏有力的生物学证据。　　

　　▲8月26日，西南大学，实验用家蚕。记者 李雨恒 摄

　　通过构建家蚕泛基因组进化树，团队发现，来自黄河中下游地区的家蚕地方种分布在进化树上家蚕分支的基部，与野桑蚕的遗传距离最近，由此证实，家蚕起源于黄河中下游地区。这与山西夏县出土的半颗蚕茧、石雕蚕蛹等考古学证据互相佐证。至此，家蚕起源地的争议有了结论。

　　▲8月26日，西南大学，彩色茧育种的研究成果。记者 李雨恒 摄

　　创建“数字家蚕”基因库

　　蚕桑产业在我国历史悠久，拥有过辉煌，也经历过衰落。要让传统产业焕发新生机，培育新品种，推动产业提质增效是重要发展方向之一。这也成为家蚕遗传学研究的重点。

　　“以前开展家蚕遗传育种研究，参考基因组仅来自一个品系，存在显著局限性。”西南大学资源昆虫高效养殖与利用全国重点实验室教授童晓玲说，单一参考基因组无法全面反映一个物种的遗传多样性，用于基因比对和分析，能提供的变异信息有限，不足以支撑优良基因的发现和挖掘，从而影响家蚕育种工作的推进。

　　她解释道，这就好比一部汉语字典，收录了很多汉字，但还有一些实际存在但未被收录的汉字，我们查字典时就查不到。

　　泛基因组是一个物种所有基因组信息的总和，则能弥补上述不足。

　　“我们实施‘千蚕基因组计划’，绘制出家蚕超级泛基因组图谱，在此基础上做基因组研究，参考基因组就来自上千个品系。”童晓玲介绍，通过项目的实施，团队组装了545个高质量基因组，注释获得家蚕基因总数19411个，其中新发现7308个新基因（家族），为深化功能基因组研究、种质创新等奠定了坚实基础。

　　▲8月26日，西南大学，代方银团队就实验进行交流讨论。记者 李雨恒 摄

　　在绘制家蚕超级泛基因组图谱的基础上，团队还创建了“数字家蚕”基因库，实现家蚕遗传信息的数字化。有了这部“数字字典”，研究人员就能快速、精准获取家蚕表型相关的基因组密码。

　　▲8月26日，西南大学资源昆虫高效养殖与利用全国重点实验室团队。记者 李雨恒 摄

　　开启家蚕设计育种新纪元

　　家蚕超级泛基因组图谱的绘制和“数字家蚕”基因库的创建，让研究人员可以根据育种目标，结合基因组选择、基因编辑、合成生物学等分子育种手段，实现设计育种，开启家蚕育种新纪元。

　　项目实施以来，团队运用组学数据和技术，解析了30多种家蚕重要性状的遗传基础，涵盖发育、形态、产量、品质、生态适应性等，创制出高产丝、高繁殖力等突破性新种质。

　　代方银举例说，如何让家蚕的产丝量更高，这直接影响经济效益。对此，团队研究发现，细胞周期调控因子BmE2F1是产丝量的一个主效基因。如果把它敲除，产丝量会减少22%；如果增加它的表达量，产丝量则增加16%。

　　再如，人们都知道，家蚕在吐丝结茧后会变成蛹，继而变成蛾后“破茧而出”。但是，“破茧而出”的过程会导致蚕丝断裂，无法获取完整的长丝，影响蚕丝品质和后期加工。为此，缫丝厂通常是进行烘干处理，让蚕蛹死亡，不再“破茧而出”。

　　研究发现，溶解酶基因是家蚕“破茧而出”的唯一决定基因，如果把该基因敲除掉，家蚕就能不再“破茧”，且其他性状不受影响。由此，团队创制出遗传性“不破茧”种质，为培育家蚕免烘茧品种提供了可能。

　　此外，团队还创制了摄食非桑食物和人工饲料的育种素材，培育了对人工饲料具有优异适应性的家蚕品系。

　　值得一提的是，团队对彩色茧育种展开深入研究，在家蚕体内发现一簇糖转运蛋白编码基因，能协同参与黄酮化合物的吸收，让家蚕结出绿茧。相比其他彩色茧来说，它具有更加突出的开发利用价值。

　　“未来，我们希望揭示更多微妙且遗传复杂的性状，实现‘改造家蚕、多元利用’，为家蚕及其它昆虫的研究开辟新领域。”代方银表示。

　　（文/记者 张亦筑 李雨恒）