家蚕基因组生物学实验室:家蚕研究 化茧成蝶

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2019-06-12

  我国科学家以现代科学技术“重建21世纪丝绸之路”的宏伟目标正逐步成为现实。

  不久前,全国蚕桑界唯一国家重点实验室家蚕基因组生物学实验室在西南大学蚕学馆挂牌。该实验室面向国家生物学与产业需求,主攻家蚕基因组和功能基因组学、蚕桑资源与实验生物系统等研究,巩固提升我国蚕业研究与学科发展的领先优势,引领家蚕模式生物化和蚕桑产业改造升级。

  “实验室的目标是以基因研究和应用为主线,全面推进家蚕作为产丝昆虫(传统蚕丝产业升级改造),模式昆虫(鳞翅目害虫模式)和昆虫生物反应器(以丝腺和脂肪体合成高附加值蛋白或者工程材料)相关的研究。”家蚕基因组生物学国家重点实验室主任夏庆友对《中国科学报》说。

  我国是世界蚕业发祥地,有5000多年养蚕史。自20世纪70年代蚕茧产量再次超过日本后,中国一直保持蚕业第一生产大国地位。目前,我国蚕茧和生丝产量分别占世界总量的80%和70%,主导着国际市场。蚕丝业也成为我国富国兴民、西部开发和新农村建设的绿色产业。

  但世界蚕业主要技术体系为日本在20世纪中叶创建。我国蚕业科技长期处于引进跟踪状态,蚕品种遗传基础雷同,抗性低,重大病害防治技术落后;蚕丝稠容易退色、起皱等问题一直没能解决。我国蚕业效益低下、产业单一,科技水平远不能满足产业发展需要。而夯实家蚕遗传资源和遗传学基础研究,是解决我国蚕业可持续发展的关键。

  2001年,日本发起“国际鳞翅目昆虫/家蚕基因组计划”时,中国未被吸收为成员。这对我国蚕业科技力量是一次挑战和考验。2003年,面对严峻的国际竞争形势,中国工程院院士、西南农业大学(2005年合并为西南大学)教授向仲怀团队率先完成了家蚕全基因测序,并于2004年在《科学》杂志发表关于家蚕基因组框架图的论文,极大提升了我国蚕业科学水平和国际地位,此后,中国跻身家蚕基因组研究前列。

  “基金委一直关注着蚕学基础研究,在蚕学发展的每一个关键环节和阶段,都起到了重要的引导和支撑作用。”夏庆友说。

  自上世纪30年代家蚕一代杂交种在我国大量推广以来,家蚕“土种”逐渐被淘汰。作为家养动物,家蚕完全依赖人类而存续,大量丰富的家蚕资源面临丢失危险。

  1988年,向仲怀申请的“桑蚕基因库”项目首次获得科学基金资助。该项目整理了自20世纪40年代以来保存的家蚕基因资源品系及世代记录资料;建立完善了长达100余世代的谱系记录,并收集、引进和研究发现新的突变系,将保存基因系统扩充至400个;建立我国历史最久、存系最多的家蚕基因库,初步建立了一套家蚕连锁分析标记基因系统;解决了我国蚕学研究与产业发展的遗传资源问题。

  上世纪90年代初,随着现代生物科技的发展,我国开展家蚕分子生物学及遗传工程研究的条件逐步成熟。西南大学抓住时机,建立我国第一个“桑蚕分子生物学及遗传工程研究室”,开展前沿科学研究。1997年,该领域申请到第一个国家自然科学基金项目。此后,一批科学基金资助项目取得的成果,带动了国家“863”及国际合作计划对家蚕基因资源及分子辅助研究的立项。

  正是在科学基金的资助下,我国系统地开展了家蚕分子多态性、分子连锁遗传图谱、突变基因遗传分析和定向遗传改良研究;发展构建了世界最大的家蚕突变基因资源库,保存遗传系统700余个,覆盖世界现存家蚕突变基因的90%以上;奠定了我国在家蚕突变遗传和遗传改良领域的国际优势。2009年,“家蚕突变基因研究”获重庆市自然科学奖一等奖。

  在家蚕基因组研究领域,1995年向仲怀、李振刚等提出“中国家蚕基因组计划”,随后在科学基金资助下开展家蚕EST研究,并迅速取得突破。

  2003年6月,中国正式启动家蚕基因组测序工作,当年10月就率先完成了家蚕全基因组6X霰弹法测序和组装工作。2008年,中日合作完成家蚕基因组精细图。2009年,我国完成40个蚕类基因组完全重测序及高精度遗传变异图谱,并再次在《科学》杂志发表论文。这些研究提升了家蚕作为鳞翅目昆虫模式生物的科学地位。中国在家蚕基因研究方面也做到了步步领先。

  西南大学蚕学学科创始于20世纪50年代,以家蚕遗传学基础和应用为主线的研究一直延续至今。在科学基金的资助下,该学科快速发展,并于上世纪90年代获四川省科技进步奖一等奖和国家自然科学奖,进一步推动了该学科的跨越发展。该学科先后形成了生化与分子生物学、遗传学、生理学、微生物学、细胞生物学及生物物理学等生物学新兴学科群;实现了蚕业跨越发展,并大力促进了学科建设和人才培养,孕育了新型产业出现。

  “从上世纪90年代至今,国家自然科学基金资助了我们数十个面上项目和4个重点项目。”该实验室学术秘书袁联伟对《中国科学报》说,“对该研究起到了至关重要的作用。”

  “可以说,正是因为基金委的大力和持续的支持,才使得我国蚕学于近10来年牢牢占据国际领先地位。”夏庆友说。

  国家自然科学基金的持续资助,为该校家蚕功能基因研究打下了坚实基础,也为该校获得“863”、“973”等一大批重大项目创造了条件。

  最近5年间,该学科围绕家蚕茧丝合成、发育变态、免疫抗性、性别调控等主要经济性状的分子机理与遗传调控进行攻关研究,获得了一系列突破性进展。目前已申请基因专利40余项,创制转基因家蚕创新素材50多个。

  “在科学基金的资助下,我们在国际上的影响力逐步增大。重要的是,形成了一支重要的研究队伍。”该实验室副教授潘国庆对《中国科学报》说。

  4月18日,夏庆友指导的博士生蒋亮在《病毒学文献》(Archives of Virology)发表文章,介绍了该小组在家蚕转基因抗病研究方面的重要突破。此前不久,新华社报道了该实验室培育获得1对转基因有色茧实用蚕品种,并完成缫丝、织绸及茧丝性能鉴定,在重庆、广西等地试验推广的消息。蚕农每饲养一张新蚕种,较普通的白色茧品种可增收1000元左右。

  家蚕基因研究成果已惠及蚕业。我国蚕业科学家以现代科学技术“重建21世纪丝绸之路”的宏伟目标正在实现。

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