家蚕天然彩色茧遗传学研究进展

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1、蚕学通讯第３４卷第３期１６ＮｅｗｓｌｅｔｔｅｒｏｆＳｅｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ２０１４年９月＊家蚕天然彩色茧遗传学研究进展鹿亚如谭端代方银（西南大学生物技术学院，重庆４００７１６）摘要家蚕天然彩色茧分为黄红茧系和绿茧系。黄红茧是通过来自桑叶的类胡萝卜素在茧丝的丝胶中分布形成的，包括：黄茧（内层黄茧和外层黄茧）、淡黄茧、肉色茧、锈色茧、红色茧等；绿茧是桑叶中的黄酮类化合物在家蚕中肠和血液进一步代谢后在丝素和丝胶中积累引起的，分为互补绿茧和独立遗传绿茧。家蚕天然彩色茧相对于普通白茧有一些独特的优良性状，如色彩艳丽柔和、更加柔韧、更强的抗辐射性能等，是理想的健康环保纺织材料。对家蚕天然

2、彩色茧分子水平的研究不仅有重大的生物学意义，也可以为我们更好地利用家蚕天然彩色茧提供理论基础。本文就家蚕天然彩色茧（黄红茧系和绿茧系）形成的分子机制研究进展进行了简要总结。关键词家蚕彩色茧基因家蚕是重要的经济昆虫，在５０００多年漫长的驯化及养殖历史中，积累了大量的突变体，这其中包含了大量的茧色突变体，可将这些茧色性状分为白茧和彩色茧两大类。市场上的蚕丝制品大多由白色茧丝经过染色等工艺制成，而家蚕天然彩色蚕丝色彩艳丽柔和，若其可以大量投入生产，则可避免染色剂的使用，符合新世纪人们对绿色环保产品的追求。因此，天然彩色茧是科学家们研究的热点，而且目前取得了一系列的成果，例如日本科学家Ｔａｋａｓｈ

3、ｉＳａｋｕ－ｄｏｈ等先后对家蚕黄血基因Ｙ（ＰｒｏｃＮａｔｌＡｃａｄＳｃｉＵＳＡ．２００７）、黄茧基因Ｃ（ＪＢｉｏｌＣｈｅｍ，２０１０）、肉色茧基因Ｆ（ＪＬｉｐｉｄＲｅｓ，２０１３）完成了定位克隆，并且揭示了黄红茧形成的基本机制；ＴａｋａａｋｉＤａｉｍｏｎ等对绿茧基因Ｇｂ（ＰＮＡＳ，２０１０）进行了深入的研究，在前人的基础上进一步揭示了家蚕天然绿茧形成的分子机制。１家蚕天然彩色茧—黄红茧系遗传学研究进展１．１类胡萝卜素与家蚕黄红茧类胡萝卜素是胡萝卜素和叶黄素的总称。胡萝卜素是Ｃ４０的碳氢化合物，例如α－胡萝卜素、β－胡萝卜素、γ－胡萝卜素、番茄红素都属于胡萝卜素；叶黄素是胡萝卜素的氧化衍生物

4、，包［１１］括玉米黄素、隐黄素等。不同类胡萝卜素在晶体或溶液状态下呈现红色、黄色、橙色等艳丽的色彩，是重要的着色剂。除栀子黄外，大部分的类胡萝卜素为脂溶性。家蚕黄红茧的主要色素就是类胡萝卜素。桑叶中的类胡萝卜素被家蚕的中肠吸收，再通过血液运输到丝腺，最终在［９－１０］茧丝的丝胶中积累，形成了黄红茧。不同种类的黄红茧所含的类胡萝卜素种类有所不同，例如肉色茧所含的色素主要是β－胡萝卜素，黄茧所含的色素主要是叶黄素。＊资助项目：８６３计划课题（项目编号：２０１３ＡＡ１０２５０７）；国家级大学生创新创业训练计划（项目编号：２０１３１０６３５００８）。作者简介：鹿亚如（１９９３－），女，本科生。通讯

5、作者：代方银（１９６９－），男，博士，教授，博士生导师。３期鹿亚如等：家蚕天然彩色茧遗传学研究进展１７１．２家蚕黄红茧相关基因的研究进展控制家蚕黄红茧系茧色的基因众多，其中黄血基因（Ｙ：２－２５．６）被认为是茧色的决定性因［２］子，其它的茧色基因控制的对应表型的出现均以Ｙ基因的存在为前提，这其中包括黄茧基因（Ｃ：１２－７．２）、肉色茧基因（Ｆ：６－３４．７）、红色茧基因（Ｐｋ：２－？）、锈色茧基因（Ｒｃ：２－３１．８）［９－１０］等。另外，存在一个黄血抑制基因（Ｉ：９－１６．２），Ｉ基因可以使类胡萝卜素氧化分解，最终［１０］Ｉ导致无色的血液和白色的茧。因此，只有在＋、Ｙ、某茧色基因（Ｃ、Ｆ

6、、Ｐｋ或Ｒｃ等）同时存在时才能产生黄红茧。迄今为止，经过科学家们多年的努力，对该茧系基因的研究取得了一系列的成果，如日本科学家ＴａｋａｓｈｉＳａｋｕｄｏｈ等先后完成了家蚕黄血基因Ｙ（ＰｒｏｃＮａｔｌＡｃａｄＳｃｉＵＳＡ．２００７）、黄茧基因Ｃ（ＪＢｉｏｌＣｈｅｍ，２０１０）、肉色茧基因Ｆ（ＪＬｉｐｉｄＲｅｓ，２０１３）的定位克隆以及分子机制的研究。这３个基因也是目前研究较为深入的黄红茧相关基因。Ｙ基因编码一个类胡萝卜素结合蛋白（ＣＢＰ）。ＣＢＰ是一种胞内的类胡萝卜素结合蛋白，属于ＳｔＡＲ蛋白家族，即含有一个与脂类结合相关的ＳＴＡＲＴ结构域，ＳＴＡＲＴ结构域与胆固［１１］醇、神经酰胺、叶黄素

7、等多种脂类物质的结合和代谢相关。在家蚕中，ＣＢＰ对黄红茧系多种茧色的形成起关键作用，因此可能参与多种类胡萝卜素的胞内结合，研究发现其与叶黄素的吸收和转运密切相关。传统的遗传学研究认为Ｙ基因主要控制家蚕中肠对类胡萝卜素的吸收和转运，从而直接影响家蚕血液的颜色，因此又被称为黄血基因。随着研究的深入，科学家又有了新的发现：在家蚕黄茧Ｎ４品系中，Ｙ基因在中肠和血液中都有表达，所以推测Ｙ基因也［１１］可能参与家蚕丝腺类胡萝卜素的转