西南大學長江學者連發Nature子刊，PNAS文章

日期：2010-08-19 15:49:51

來自西南大學蠶學與系統生物學研究所的研究人員在家蠶絲腺甲基化譜，以及家蠶伴性赤蟻突變基因定位克隆研究方面獲得了新的突破，研究成果陸續發表在Nature Biotechnology，以及PNAS雜志上。

參與領導這兩項研究的是“長江學者獎勵計劃”特聘教授夏慶友博士，其在西南農業大學取得博士學位，夏慶友博士是家蠶研究方面的專家，其曾在2003年-2005年，作為中國家蠶基因組計劃主要研究人員利用霰彈法對家蠶530Mb全基因組進行測序，完成了世界第一張家蠶基因組框架圖和第三張昆蟲基因組圖。這一成果公布在Science雜志上。

第一項成果由西南大學蠶學與系統生物學研究所與深圳華大基因研究院等處合作完成，研究人員利用新一代測序技術構建家蠶絲腺甲基化譜，這對理解昆蟲表觀遺傳學調控的提供了重要的參考資料。

作為表觀遺傳學的一種重要標記，DNA甲基化在基因組防御、基因調控等方面都發揮著重要作用。相對于動植物，昆蟲甲基化水平很低，其功能也一直存在爭議。近年來，隨著越來越多昆蟲甲基化基因和甲基化酶的報道，昆蟲甲基化的功能和生物學意義引起研究人員的廣泛關注。

在這篇文章中，研究人員利用新一代測序技術構建了第一張單堿基分辨率的昆蟲甲基化譜——家蠶絲腺甲基化譜。研究發現大約0.11%的基因組胞嘧啶被甲基化修飾，比哺乳動物和植物低至少50倍。甲基化區域主要富集在基因區，并且與基因表達水平成正相關。動植物中被報道發揮重要作用的啟動子區、核糖體rDNA區甲基化調控，以及轉座子區的甲基化抑制，在昆蟲中似乎還不具備。

家蠶甲基化譜的完成不但對理解昆蟲表觀遺傳學調控的提供了重要的參考資料，也為進一步發掘家蠶人工馴化過程中潛在的表觀遺傳學貢獻奠定了研究基礎。

另外一項研究中，研究人員通過對一種叫做伴性赤蟻的巧克力色小蠶的研究，揭示了巧克力色蟻蠶的基因突變之謎，這一研究成果公布在《美國國家科學院院刊》上。

家蠶剛孵化時形如螞蟻，故稱蟻蠶。正常蟻蠶體色為黑色，一種伴性赤蟻（sch，sex-linked chocolate）突變，純合型具有巧克力色的體色。由于該基因位于家蠶Z染色體上，所以雜合型只有雌蠶變成了巧克力色，而雄蠶仍然為黑色。然而，雌蠶“美麗變身”的代價十分慘重：失去了對高溫的耐受能力，遇高溫則會因不能孵化而死亡。為何顏色的改變會帶來如此嚴重的后果，其原因一直不明。

研究人員通過定位克隆的方法，對該基因分離群體進行連鎖分析，最后鎖定了sch突變基因所在區域。經過努力，最終確定了該突變為家蠶編碼酪氨酸羥化酶基因(Th，tyrosine hydroxylase)調控區域突變所致：在sch突變及等位致死突變中，兩個不同類型的轉座子分別通過重組替換和插入方式破壞該基因的轉錄調控序列，導致BmTh基因的表達量變化，降低了由酪氨酸生成多巴的反應，最終給家蠶帶來致命影響。

該研究發現的酪氨酸羥化酶是位于黑色素合成途徑中的第一個關鍵酶。黑色素與其它色素一起構成了昆蟲，特別是蝴蝶豐富的斑紋和體色。劉春等人的研究還表明，家蠶Th基因突變位點所在的調控區域可能具有高溫應激功能，行使高溫刺激下增加基因表達量，以彌補因高溫帶來的酶活性損失的功能。這一結果暗示了自然界中昆蟲體色斑紋受環境因素等影響的一個重要機制，并對人們深層次認識昆蟲色素功能具有重要的參考價值