生物科学专业信息资源推介

数据库名称BGI家蚕基因组数据库BGI SilkwormDatabase数据库网址http://silkworm.genomics.org.cn/数据库简介家蚕基因组有28条染色体,约4.8亿碱基对,估计有基因4万个。2003年11月,中科院华大基因和西南农大等单位已率先完成家蚕基因组"框架图"绘制工作,在此基础上构架家蚕基因     

我国科学家识别一批家蚕功能基因

我国科学家12月10日宣布,继去年世界上率先完成家蚕基因组“框架图”后,中国在家蚕功能基因研究和应用中又获得了一批重要的新成果,识别出一系列和家蚕重要生物学性状相关的功能基因。     

家蚕CRISPR/Cpf1基因编辑系统建立

自CRISPR/Cas9基因编辑系统成功应用于模式生物以来,因其快速、高效、便捷等特点,广泛应用于基因功能研究、基因治疗和基因工程等研究领域。与此同时,CRISPR/Cas系统不断在微生物界的发现也加速了新的基因编辑工具的不断涌现。CRISPR/Cpf1是第二类 (Ⅴ型) 能够编辑哺乳动物基因组的CRISPR系统,相比于CRISPR/Cas9基因编辑系统,能够利用5′T-PAM富集区增加基因组覆盖率,具有其切割位点为粘性末端和更不易同源重组修复等诸多优势。基于此,本研究构建了能够在家蚕细胞表达的3个不同来源的CRISPR/Cpf1 (AsCpf1、FnCpf1和LbCpf1) 表达载体,选择高度保守的家蚕热休克蛋白基因BmHSP60和家蚕ATP酶家族BmATAD3A基因分别设计靶标gRNA,构建gHSP60-266R和gATAD3A-346R基因编辑载体。通过T7E1酶切分析和T克隆测序,鉴定3个Cpf1基因编辑系统AsCpf1、FnCpf1和LbCpf1对靶标基因BmHSP60和BmATAD3A的编辑效率。同时,利用Western blotting分析不同基因编辑系统敲除靶基因后对其BmATAD3A和BmHSP60蛋白翻译的影响。本研究成功构建了家蚕CRISPR/Cpf1基因编辑系统,能够在家蚕细胞中有效编辑家蚕基因组,为家蚕基因功能研究、基因工程和遗传育种开发了新技术与新方法。     

家蚕核型多角体病毒水平转移基因分析

为了探讨杆状病毒基因组的遗传进化模式,文章利用家蚕核型多角体病毒(BmNPV)和其宿主家蚕全基因组数据,进行了全基因组的同源性搜索和系统进化分析,结果显示,BmNPV的几丁质酶(Chi)基因、凋亡抑制蛋白3(IAP3)基因和尿苷二磷酸葡萄糖转移酶(UGT)基因为水平转移基因。这3个基因都来源于其宿主昆虫。通过核苷酸组成、密码子偏好性、选择压力等基因特征分析,发现BmNPV水平转移基因与其基因组序列存在明显差异,进一步验证水平转移基因的外源性。对3个水平转移基因的功能分析发现它们有利于杆状病毒在宿主昆虫中的侵染与繁殖,并提高杆状病毒在昆虫中的生存能力。     

家蚕抗核型多角体病毒病育种研究进展

家蚕核型多角体病毒(Bombyx mori nuclear polyhydrosis virus,BmNPV)病是蚕业界上最常见、危害比较严重的病害;遗传学研究和抗性分析表明,家蚕对核型多角体病毒抗性由主效基因和微效基因协同控制。在蚕病防治方面,除了加强消毒以外,选育抗病毒新品种无疑是更加经济有效的办法。近年来,随着基因组学和新一代测序技术的迅猛发展,覆盖深度达8.5倍家蚕基因组图谱完成和40个家蚕品种和野生种重测序的完成,为家蚕的抗核型多角体病毒病育种提供了理论依据和基因资源。本文综述了BmNPV基因组研究、家蚕基因组研究以及家蚕抗性品种培育方面取得的进展。     

转录因子ZnF-706在鳞翅目昆虫中的进化格局及在家蚕中的功能

【目的】探讨家蚕Bombyx mori的潜在驯化基因——转录因子ZnF-706在鳞翅目(Lepidoptera)昆虫进化过程及家蚕驯化过程中的分子进化格局;并基于CRISPR/Cas9家蚕基因组编辑平台,探讨ZnF-706基因在家蚕中的功能。【方法】首先分析了家蚕ZnF-706序列特征,并利用已发表芯片数据调研该基因在家蚕幼虫组织中的表达格局;利用Phylogenetic Analysis byMaximum Likelihood (PAML)分支检验方法,分析该基因在鳞翅目不同类群中的分子进化格局。基于已发表的家蚕-野桑蚕Bombyx mandarina群体基因组多态性数据,对ZnF-706进行基因区域人工选择信号分析;对ZnF-706基因上游2 kb的调控区域进行单核苷酸多态性位点频率检测,发掘在家蚕群体中固定下来的突变位点;针对突变位点所在区域进行转录因子结合活性预测。利用CRISPR/Cas9基因编辑技术敲除ZnF-706基因,获得纯和突变体;以野生型家蚕为对照,检测突变体的茧重及蛹重变化。【结果】家蚕ZnF-706的编码蛋白具有典型的锌指蛋白结构域。ZnF-706在家蚕5龄第3天幼虫各组织中广泛表达,尤其表皮、脂肪体和生殖腺中有很高的表达量;该基因在鳞翅目、蚕蛾总科(Bombycoidea)及天蚕Antherea yamamai 3个分支中均呈现快速进化信号,在家蚕中有强烈的人工选择信号。该基因所在基因组区域的家蚕-野桑蚕种群分歧度参数Fst明显升高,家蚕群体中的群体多样性π明显降低,表明它位于一个选择扫荡区域内;该基因在家蚕-野桑蚕中的9个SNP位点存在于上游调控区,并位于转录因子结合活性区域内。该基因的纯合家蚕突变体ΔZn F-706生存力减弱,并且茧重以及蛹重与野生型家蚕相比都显著降低。但与黑腹果蝇Drosophila melanogaster中不同的是,家蚕中该基因的突变并不致死。【结论】ZnF-706可能在鳞翅目尤其是泌丝昆虫中进化,并在家蚕驯化过程中受到选择压力,提示其对于特征性状茧丝的变异可能发挥作用。该基因可能通过对丝蛋白基因的直接调控,或通过影响家蚕的生长发育而间接地影响茧丝性状。本研究不仅为探究家养动物人工选择机制提供了来自昆虫类材料的独有证据,也为后续深入开展家蚕重要经济性状的转录调控研究提供线索。     

家蚕胚胎期重力相关基因的抑制消减杂交分析

目的：筛选家蚕胚胎期重力相关基因。方法：对模拟失重与正常重力条件下的家蚕胚胎cDNA进行抑制消减杂交（Suppression subtractive hybridization,SSH）,并对模拟失重过程中家蚕胚胎期表达发生变化的基因进行克隆、测序及同源性分析。结果：获得了34个与重力有关的序列标签。在模拟失重条件下有16个基因表达上调,其中15个为未知基因,1个为已知基因,其作用是维持mRNA的稳定性。在模拟失重条件下有18个基因表达下调,其中4个为未知基因,6个为蛋白合成相关基因,3个为基因组contig基因,5个为家蚕est库中功能未知基因。结论：模拟失重环境影响了家蚕胚胎发育期与mRNA稳定性和蛋白质合成相关基因的表达。     

家蚕MYST组蛋白乙酰转移酶基因Bm-mof的克隆表达和转录活性检测

MYST组蛋白乙酰转移酶(histone acetyltransferase, HAT)广泛存在于从酵母到人的真核生物中,在真核生物的转录调控中起着重要的作用。利用NCBI已登录的其他物种该基因的氨基酸序列与家蚕的基因组框架图和表达序列标签（expressed sequence tags, EST）数据库进行电子克隆,获得了家蚕中的同源基因。该基因长1 575 bp（GenBank登录号为DQ442997）,开放阅读框(ORF)长1 326 bp,无内含子。基因编码442个氨基酸,预测蛋白质的分子量为51.4 kD。序列中有HAT核心结构域、锌指结构域和染色质域3个保守的结构域,与其他物种同源基因具有较高的序列相似性。RT-PCR结果表明该基因在本实验所检测的家蚕各时期和组织中均有表达。将该基因用亚克隆的方法导入到pET50b载体中并成功地进行了原核表达,表达出了带有6个组氨酸和1个Nus·Tag标签的重组蛋白。     

本期重点推介

锌指(zincfinger)蛋白是在真核生物基因组中分布最为广泛的一类转录因子.对家蚕Bombyx mori-野桑蚕B.mandarina群体基因组的分析发掘到一批驯化基因和改良基因,其中包括锌指蛋白类转录因子基因ZnF-706.     

家蚕let-7 microRNA靶基因Bmlin-41的克隆表达与调控

异时性基因调控细胞增殖和个体发育阶段的转换。家蚕异时性基因在家蚕变态发育过程中也很可能具有重要的调控作用,但它们的表达模式、生物学功能以及与micro RNA之间的关系却鲜有报道。本研究首先利用果蝇同源基因lin-41搜索家蚕基因组数据库中相似序列,设计引物扩增Bmlin-41的编码序列,克隆了家蚕Bmlin-41基因CDS,其长度为2 166 bp,编码721个氨基酸,含有B-box和NHL结构域;随后,利用RT-PCR、q PCR技术并结合已有的家蚕全基因组芯片数据研究了Bmlin-41在家蚕中的时空表达模式,发现Bmlin-41在从家蚕胚胎到成虫的发育过程中呈逐渐递增的表达趋势,在五龄3 d不同组织中,于卵巢里表达量最高,精巢和中肠次之,而其余组织中低量表达或不表达;最后,利用3′RACE克隆了Bmlin-41基因的3′UTR,全长1 434 bp,用在线软件RNAhybrid预测发现Bmlin-41的3′UTR上存在bmo-let-7靶位点,构建了含Bmlin-41 3′UTR的双荧光素酶报告基因载体,在S2细胞上共转染Bmlin-41 3′UTR和bmo-let-7的模拟物(Mimics)和拮抗剂(Antagomir),bmo-let-7 mimics显著下调Bmlin-41,bmo-let-7 antagomir显著上调Bmlin-41,证实了Bmlin-41是bmo-let-7的靶基因。以上研究结果为深入研究let-7 mi RNA和Bmlin-41的功能,揭示Bmlin-41和bmo-let-7在家蚕变态发育过程中的调控关系提供了新的线索。     

家蚕吐出基因的秘密

2003年5月18日,我终身难忘。那一夜,在西南农业大学科技楼的办公室里,向仲怀院士、周泽扬、鲁成、吴大洋和我都彻夜未眠——我们面临着一个艰难而又紧迫的选择。两个月前,日本独自启动家蚕基因组计划,单方面终止了与中国的合作。当时摆在我们面前只有两条路:要么眼睁睁地看着日本科学家绘出家蚕基因组框架图;要么破釜沉舟,自己筹集大量的人力、物力、财务开展顺序。而后者需要冒着巨大的风险,如果对方一旦率先完成研究工作,我们所有的努力     

家蚕P450基因CYP18A1的克隆、序列分析及转录活性

蜕皮激素对昆虫生长、发育和繁殖有重要调控作用,尤其对蜕皮和变态过程。利用GenBank上登录的蜕皮激素C₂₆羟基化酶候选基因CYP18A1的氨基酸序列对家蚕Bombyx mori全基因组数据库进行BLASTP比对,发现了家蚕直向同源基因(ortholog),其完全编码序列经RT-PCR检测和克隆、测序验证后,再以此为信息探针检索家蚕表达序列标签(expressed sequence tags,EST)数据库进行拼接延伸,获得了一条包括5′非翻译区在内的长度为1 737 bp的cDNA序列,验证结果也表明与电子克隆序列完全一致(GenBank登录号为EF421988,P450命名委员会将其命名为CYP18A1)。该基因的开放阅读框为1 623 bp,编码541个氨基酸,含有包括P450s特征结构域在内的所有昆虫P450基因的5个保守结构域,其推定的分子量为61.67 kD,等电点为 8.54。将该基因cDNA序列与家蚕基因组序列进行比对,结果表明该基因具有6个外显子,5个内含子,外显子／内含子边界符合经典的GT-AG规则。同源性分析也发现家蚕CYP18A1与其他昆虫的直向同源基因具有较高相似性。用RT-PCR方法对家蚕主要发育变态时期与组织进行检测,显示出该基因的转录表达不仅具有时空特异性,而且在表达时期上与已报道的蚕体内蜕皮激素含量变化有紧密的一致性。该研究进一步证实了CYP18A1基因与昆虫体内蜕皮激素代谢平衡相关联。     

草地贪夜蛾化学感受相关基因家族的进化分析

草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda于今年1月首次在我国发现以来,已迅速扩散到长江流域省份,对我国玉米生产造成重大危害。本文从全基因组水平对草地贪夜蛾化学感受相关基因进行了鉴定和进化分析。获得了54个气味结合蛋白(odorant binding proteins,OBP)、15个化学感受蛋白(chemosensory proteins,CSP)、82个气味受体(odorant receptors,OR)、210个味觉受体(gustatory receptors,GR)、44个离子型受体(ionotropic receptors,IR)和13个感受神经元膜蛋白(sensory neuron membrane proteins,SNMP)基因。进化分析发现,与家蚕相比,草地贪夜蛾OBP与GR基因具有明显的扩增现象,但SNMP基因存在轻微的收缩。本研究首次从基因组水平鉴定了草地贪夜蛾化学感受相关基因,为进一步开展该物种的相关研究奠定了基础。     

本期重点推介

家蚕Bombyxmori的全基因组测序完成后,鉴定和分析其组成基因在家蚕体内的生物学功能及表达谱成为当前的研究热点。通过针对家蚕单个基因大量研究的开展和积累,以及在此基础上开展的多基因功能综合研究,将有可能彻底揭开家蚕的生命之     

21世纪丝绸之路新的里程碑

"丝绸之路"以其对人类经济文化发展的伟大贡献而光耀青史,蚕丝业以其华贵高雅的内涵,饮誉中外。2004年12月10日,美国《科学》杂志以4页篇幅刊登了家蚕基因组框架图论文。这是蚕业科学史上里程碑式的成果,也是21世纪丝绸之路的进军号角。2000年6月26日,人类基因组框架图的完成,生物科学步入了基因组时代,酵母、线虫、鼠、果蝇、蚊子、拟南芥、水稻以及许多微生物基因组相继完成,主要农业生物基因组和功能基因组研究,成为国际性竞争热点,家蚕更是备受各国关注。国     

家蚕Hox基因研究进展

Hox基因（homeobox genes）在昆虫躯体模式（body plan）的发育调控机制中扮演着重要角色,其表达具有严格的组织特异性和胚胎发育的程序性。家蚕Bombyx mori作为鳞翅目昆虫的代表,其Hox基因也陆续得到鉴定。在家蚕中存在一个拟复等位基因群--E群基因,其突变表型均与过剩斑纹和过剩附肢有关,这可能与Hox基因有着密切联系。家蚕全基因组测序完成后,发现其Hox基因簇中存在12个特有的homeobox基因（Bmshx1~Bmshx12）, 说明家蚕Hox基因可能具有独特的生物学意义。我们还利用家蚕基因芯片数据分析了Bmlab与Bmpb基因的组织表达特征。通过对家蚕Hox基因的研究,探索家蚕躯体模式建立机制,可望为解析其他鳞翅目昆虫的躯体模式的建立机制提供理论依据。本文就家蚕Hox基因的表达、功能及其与E群突变的关系等方面进行了综述。     

2004年中国植物科学若干领域研究进展

随着模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)和水稻(Oryza sativa)基因组测序工作的完成,国际植物科学的研究在近年来得到了极大的推动.我国植物科学领域也在整体上取得了重大进展,特别是水稻基因组框架图(Yu et al.,2002)和4号染色体基因组精细图(Feng et al.,2002)以及水稻控制分蘖的MOCl基因发现(Li et al.,2003)等重大研究成果在Science和Nature等国际顶级科技刊物上的发表,使国际科学界对中国的科学研究水平刮目相看,亦使中国科学家为之振奋.     

家蚕核型多角体病毒的PCR检测及其部分序列分析

为研究应用PCR技术进行家蚕核型多角体病毒广东株的敏感性检验以及探讨不同地理株系的基因水平的相互关系,本文通过对家蚕核型多角体病毒BmNPV广东株的人工繁殖与纯化,引用了一对根据多角体蛋白基因设计的引物phy35/phy36,对BmNPV的基因组模板DNA进行了PCR扩增,并对其产物进行测序分析.结果显示,PCR技术均可扩增检测出3×108个/mL至3×102个/mL不同浓度的BmNPV模板DNA,特异目标片段大小约为680 bp,且扩增带的亮度随着病毒液浓度的降低而减弱,说明应用引物phy35/phy36进行PCR方法可以有效地应用于检测BmNPV病毒感染的家蚕.同时,测序获得了BmNPV广东株多角体蛋白polyhedrin基因674 bp大小的片段,GC含量为46.4%.经过BLAST比对分析,与BmNPV泰国株的相似性为99%,暗示家蚕BmNPV广东株与泰国株的BmNPV (登录号AY779044)亲缘关系非常相近,两者可能属于BmNPV的不同地理株系.通过系统发育树的进一步分析发现,家蚕核型多角体病毒广东株polyhedrin基因部分序列与家蚕NPV分离株S9多角体蛋白基因(DQ231336)关系很近.     

家蚕性连锁平衡致死系致死基因的SSR定位

家蚕性连锁平衡致死系(S-14)雄蚕的两条Z染色体分别携带有一个非等位、紧密连锁的隐性胚胎期致死基因l1(lethal gene1)和l2(lethal gene2)。两个致死基因的致死时期分别是转青期和G2期。将S-14品系的雄蚕和家蚕P50品系的野生型雌蚕杂交,F1代雄蚕和P50品系雌蚕回交,即P50×(P50×S14)。回交后代雌蛾根据父本(F1代雄蚕)携带l1或l2基因分成两类BC1-l1和BC1-l2,分别用来做l1和l2基因定位。利用公布的家蚕全基因组序列筛选l1基因和l2基因所在Z染色体与P50品系Z染色体间的差异SSR标记,分别获得16个和18个差异性SSR标记,用差异性标记检测BC1-l1和BC1-l2,最终将l1基因定位在Z染色体物理图谱中的19.79Mb位点到染色体末端约2.60Mb范围内,将l2基因定位在Z染色体物理图谱的17.86Mb位点到18.55Mb位点约0.69Mb范围内。