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全球首次繪就家蠶超級泛基因組圖譜 覆蓋世界“絲綢之路”

來源：科技日報

家蠶基因組研究有了“數(shù)字字典”。10月9日，西南大學發(fā)布消息，家蠶基因組生物學國家重點實驗室團隊完成家蠶大規(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，讓蠶學科邁入信息化時代，開啟了我國家蠶基因設計育種之門。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，構建家蠶超級泛基因組圖譜尤為重要。

家蠶基因組生物學國家重點實驗室主任、國家蠶桑產(chǎn)業(yè)技術體系首席科學家代方銀教授團隊歷時4年對1078份蠶種質(zhì)資源進行了深度測序，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年西南大學繪制完成家蠶基因組框架圖以來，科學界不斷在對家蠶基因組進行測序研究，希望繪制出更全更具深度的“精細圖”。但此前的家蠶群體基因組學研究樣本數(shù)目都只有幾十個或100多個，且都是基于二代測序技術，測序讀長短，樣本少，獲得的信息有限。隨著三代測序技術的成熟，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“精細網(wǎng)格化”的“坐標”指導，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)技術體系崗位科學家、西南大學家蠶基因組生物學國家重點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，類似于計算機的二進制編碼，通過有機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，在此基礎上，就可根據(jù)育種目標，結合基因組選擇、基因編輯、合成生物學等分子育種手段，實現(xiàn)設計育種。

“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，是科學技術支持振興蠶絲業(yè)的新起點。(雍黎)

關鍵詞： 家蠶基因組研究 數(shù)字字典 西南大學 家蠶基因組生物學國家重點實驗室團隊 家蠶大規(guī)模種質(zhì)資源基因組解析

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