家蚕特异形态性状的遗传解析——体色、体形突变的定位克隆及基因功能研究

【作者】 代方银； 童晓玲； 乔梁； 陈鹏； 何松真； 刘小凡； 张丽； 曹存； 胡海； 鲁成；

【机构】 家蚕基因组生物学国家重点实验室,农业部蚕桑功能基因组与生物技术重点实验室,西南大学；

【摘要】 家蚕不仅是重要的经济昆虫,也是越百年的遗传学实验动物,其经典遗传学研究成果丰硕,至今保存有大量孟德尔遗传突变,近400个突变被定位在经典连锁图谱上。在家蚕全基因组测序完成后,通过解析这些形态突变体发掘重要价值功能基因,成为热点研究领域之一。长期以来,我们通过建立基因资源库持续保存和研究家蚕突变基因。近期,本小组从典型体色、体形突变入手,基于家蚕染色体形态标记连锁图谱、分子标记迮锁图潜、基因组物理图谱,通过定位克隆途径分离鉴定特异形态性状的候选基因,并解析其影响性状的分子机制,获得一些宝贵发现。1.暗化型(melanism,mln):幼虫胸脚、气门、尾部和成虫全身黑化。经配制杂交分离群体,通过分子定位和克降测序,确定由家蚕芳香烷基胺-N-乙酰基转移酶基因(BmiAANAT)突变导致。在突变体中,BmiAANAT基因有两种异常的转录本,基因表达量明显低于野生型中BmiAANAT;检测黑化部位多巴胺的含量约为野生型的2倍。候选基因还经过RNAi及生化回复实验得到证明。这是昆虫中芳香烷基胺-N-乙酰转移酶参与黑色素代谢的首个证据。2.黑蛹(black pupa,bp):蛹期特异黑化。通过精细定位,确定其候选基因为家蚕天冬氨酸脱羧酶基因(BmADCT),突变体中,住其上游2.3kb处插入了一个493bp的SINE转座子,导致ADC基因表达显著降低。ADC是合成β-alanine的主要酶一系列实验表明,bp中BmADC显著低表达引起β-alanine不足,进而NBAD合成匮乏,导致黑色素前体物质Dopamine积累而形成黑化。3.石蚕(stony,st)幼虫体节向内收紧,节间膜隆起,身体细硬。通过精细定位、克降测序和基因表达分析等结果农明,一个进化上保守的昆虫RR1型表皮蛋白基因BmorCPR2的第2外显子缺失58bp,表达异常,丧失与表皮中儿丁质结合的能力,影响表皮结构和延展性,导致st异常体形,并严重影响幼虫的生活能力和适应性。4.螯虾蛹(crayfish,cf):蛹翅特化为囊泡,形似螯虾爪钳,易破流血而死。通过定位分析,将其候选基因锁定为层粘连蛋白laminin-β亚基基因(BmLanBl),它在家蚕翅中特异高量表达。突变体中,该单外显子基因5’端缺失2bp,导致翻译提前终止;在野生型中实施该基因的RNAi获得与cf相同的表型。5.短翅(shortwing,sw):翅长约为正常的80%,但宽幅增加,翅表面积与正常相当。通过精细定位、生物信息分析,克隆了其候选基因Bmsw,共有10个外显子、9个内含子,在家蚕基因组上跨越36.788kb,ORF为1443bp,编码481个氨基酸。相关功能分析有待进行。家蚕突变基因定位克隆成为发现新基因、新功能、新机制的重要途径,尤其可望为鳞翅目害虫防控策略提供新思路,并将提升家蚕的鳞翅目模式地位。更多还原