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全球首次！家蠶基因組研究有了“數(shù)字字典”

來源： 科技日報 ? 2022-10-11 10:41:35

家蠶基因組研究有了“數(shù)字字典”。10月9日，西南大學(xué)發(fā)布消息，家蠶基因組生物學(xué)國家重點(diǎn)實驗室團(tuán)隊完成家蠶大規(guī)模種質(zhì)資源基因組解析，在全球首次繪就家蠶超級泛基因組圖譜，并率先創(chuàng)建“數(shù)字家蠶”基因庫，讓蠶學(xué)科邁入信息化時代，開啟了我國家蠶基因設(shè)計育種之門。這一成果已于近日在《自然·通訊》在線發(fā)表。

歷時四年解析“千蠶基因組”

家蠶是重要的經(jīng)濟(jì)昆蟲和新興模式生物，但之前僅有單一參考基因組及部分重測序，尚不足以支撐基因組變異和優(yōu)良基因的深度挖掘，尤其對于分子育種具有顯著局限。因此家蠶種質(zhì)資源基因組數(shù)字化，構(gòu)建家蠶超級泛基因組圖譜尤為重要。

家蠶基因組生物學(xué)國家重點(diǎn)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(tuán)隊歷時4年對1078份蠶種質(zhì)資源進(jìn)行了深度測序，在全球首次繪就家蠶超級泛基因組圖譜。

“這1078份蠶種質(zhì)資源覆蓋了世界‘絲綢之路’各主要蠶區(qū)，涵蓋全世界家蠶代表性種質(zhì)資源的90%以上，樣本規(guī)模大，覆蓋范圍廣。”代方銀教授介紹，這個“千蠶基因組”中，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。

基因組是生物體的所有遺傳物質(zhì)的總和，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。2003年西南大學(xué)繪制完成家蠶基因組框架圖以來，科學(xué)界不斷在對家蠶基因組進(jìn)行測序研究，希望繪制出更全更具深度的“精細(xì)圖”。但此前的家蠶群體基因組學(xué)研究樣本數(shù)目都只有幾十個或100多個，且都是基于二代測序技術(shù)，測序讀長短，樣本少，獲得的信息有限。隨著三代測序技術(shù)的成熟，泛基因組研究得以實現(xiàn)。

本項目的測序樣本數(shù)超過了1000份，對其中545份代表性資源進(jìn)行了三代測序，組裝了545個蠶的高質(zhì)量基因組，獲得了最廣泛的家蠶遺傳變異信息。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，是迄今全球動植物中最大的長讀長泛基因組，也是最高質(zhì)量的家蠶基因組圖譜。

“數(shù)字家蠶”基因庫有助設(shè)計育種

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)在可謂“甕中捉鱉”，因為超級泛基因組為此提供了“精細(xì)網(wǎng)格化”的“坐標(biāo)”指導(dǎo)，對于行家里手來說像是“查字典”。發(fā)布會上，中國工程院院士向仲懷這樣形容這一超級泛基因組的作用。

“沒有現(xiàn)在的‘泛基因組’之前，我們要完成一個性狀基因的研究可能需要3到5年，而現(xiàn)在可能在短短的幾天、幾個月以內(nèi)就能完成。”國家蠶桑產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系崗位科學(xué)家、西南大學(xué)家蠶基因組生物學(xué)國家重點(diǎn)實驗室教授童曉玲解釋，真核生物基因組由ATCG四種堿基組成，類似于計算機(jī)的二進(jìn)制編碼，通過有機(jī)的排列組合存儲了物種的所有可遺傳的性狀或表型的遺傳信息。家蠶超級泛基因組圖譜是涵蓋了蠶的所有遺傳信息的一張圖，通過這張圖可以直接對接表型和基因組密碼。

傳統(tǒng)育種是通過對表型的選擇來實現(xiàn)優(yōu)良基因聚集，選擇效率較低，且周期較長。隨著基因組時代的到來，分子育種技術(shù)成為破解這一瓶頸的鑰匙。泛基因組的完成可以極大提升育種優(yōu)良基因的挖掘效率，在此基礎(chǔ)上，就可根據(jù)育種目標(biāo)，結(jié)合基因組選擇、基因編輯、合成生物學(xué)等分子育種手段，實現(xiàn)設(shè)計育種。

“家蠶超級泛基因組的完成將突破其育種瓶頸，開啟分子育種的新紀(jì)元。”向仲懷院士表示，這是百年來家蠶研究最大的成果，讓蠶學(xué)科跨入了信息化時代，開啟了家蠶功能基因組研究和分子育種研究的新篇章，是科學(xué)技術(shù)支持振興蠶絲業(yè)的新起點(diǎn)。

標(biāo)簽： 家蠶基因組 數(shù)字字典 基因組變異

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