家蚕主要经济性状功能基因组与分子改良研究

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1、项目名称：家蚕主要经济性状功能基因组与分子改良研究首席科学家：夏庆友西南农业大学起止年限：2005.12至2010.11依托部门：教育部重庆市科委一、研究内容1．拟解决的关键科学问题针对丝绸产业质量低、效益差、结构矛盾突出等关键问题，拟在家蚕基因组信息的基础上，以家蚕重要功能基因的克隆为出发点，在科学上重点揭示丝蛋白合成、性别决定、免疫和发育的遗传机制，探讨家蚕产量、质量和抗病性等重要经济性状形成的分子机理；在技术上解决如何利用基因工程改良家蚕品质，通过遗传调节提高家蚕生产性能问题。拟解决的科学问题的具体内涵是：1．1家蚕品质改良的理论基础丝蛋白合成和抗性是两个家蚕主要的生产

2、性状，其改良的理论基础是遗传机制。其中，茧丝是丝绸产业的原料，是行业产量和质量效益的主要决定因素。虽然蚕茧品质和产量性状主要由多基因支配，但其分子基础是丝蛋白的合成。因此，有哪些基因参与了丝蛋白的合成？它们形成了什么样的生化途径？是两个首要解决的问题。其次，要回答主要结构基因（丝素、丝胶和p25基因）的调控领域结构，相关的调控因子是什么？主要结构基因全序列在不同遗传材料中的多态性是什么？以及主要基因的蛋白质产物特征是什么等问题，这是探讨茧丝质量和产量形成遗传基础的关键。而抗病性是家蚕另一个主要经济性状，如何提高家蚕的抗性？其关键在于了解家蚕对病毒、细菌和真菌等主要病原微生物的

3、免疫机制。由于家蚕抗微生物肽是其主要的抗菌分子，因此，在已经获得了家蚕主要抗菌肽基因的基础上，重点要回答这些基因的具体抗菌功能是什么，通过对不同抗性材料的研究，回答主要免疫基因与抗性形成的关系是什么等问题，最终了解家蚕抗性性状形成的主要遗传机制。性别决定和发育是家蚕另外两个重要的性状，它们决定产业的结构和效益。性别和发育的改良途径是进行人为的干预和调节，因此研究的关键是寻找鉴定靶基因。对于性别决定而言，其靶基因必须符合两个基本条件：一是处于调控网络的上游，才能实现彻底的性别调节；二是雌为有功能而雄为无功能形式，才能满足基因干涉的需要。这就需要回答家蚕性别决定关键基因是什么和相

4、互关系是什么，在此基础上，重点确定性别网络上游的，雌为有功能形式和雄为无功能形式的特异基因。对于家蚕变态发育而言，涉及的基因数量多，克隆也相对容易，但是研究表明，大多数基因的干涉将会造成蛹死亡，或者影响其他发育进程的顺利进行。因此，发育调节靶基因也必须符合两个基本要求：一是处于调控网络的上游，二是必须具有严格的时期特异性。激素和激素受体基因处于整个调控网络的最顶端，是项目要研究的重点对象。要解决的基本问题是参与蛹到蛾变态的激素和受体基因有哪些，作用方式和特征是什么等。1．2利用功能基因创造新型素材如何利用功能基因64涉及两个关键科学问题和两个技术层次。两个关键问题是：一为以与

5、产业密切相关的主要经济性状分子机理研究为基础，针对目前家蚕品种在产量和质量上的主要缺陷，影响结构效益的产业发展的主要限制因素，对家蚕经济性状进行分子改良；二是创造性地利用家蚕蛋白质合成能力，建立丝腺生物反应器，生产高附加值的生物工程和医药产品。要完成上述问题，在技术上分两个层次进行：首先建立转基因家蚕技术，解决知识产权和效率问题；其次是通过对目标基因进行分子改良，解决面向实用品种的遗传素材创新问题。围绕以上关键问题，计划从四个方面开展研究：(1)精细图谱构建、图谱整合和基因定位技术研究为解决基因分离和功能鉴定的规模和效率问题，在家蚕基因组框架图的基础上，重点开展以下几方面的研

6、究：通过对现有家蚕基因组序列信息资源的整合，统一拼接组装，增加序列图谱的覆盖，充分利用已有EST和全长cDNA资源，完善基因组注释，构建精细图谱；在目前已有表达信息的基础上，研究关键发育时期和组织的SAGE分析，建立系统的家蚕基因表达图谱和数据库；构建并整合分子连锁图谱和经典遗传图谱；重点开展基于遗传图谱的基因定位技术研究，并利用遗传资源（突变系统）对重要基因进行定位。(2)重要基因的功能鉴定与分子机理研究解决关键基因的功能鉴定、阐明重要经济性状的遗传调控机理是项目的核心。通过基因组序列分析，我们已经初步确定了丝蛋白质结构基因调控领域和相关物质代谢基因，变态发育过程中的激素和

7、受体基因，与微生物抵抗相关的抗菌肽基因和以Fem和Bmdsx为中心的性别信号传导基因等一系列重要的功能基因。重点对上述关键开展以下几方面的研究：基因的完整序列和结构（包括全长基因组序列、全长cDNA序列），表达特征，基因结构多态性，调控方式和调节因子，对重要性状的影响和在基因互作网络中的地位和作用，小分子mRNA、小肽功能，病原体（如NPV）与宿主细胞相互作用分子机理研究，遗传调节（低表达或基因敲除，超表达或者功能获得）的生物学效应，在转基因家蚕中的应用基础等。总体上讲，通过研究，本项目将阐明家蚕重要经