5月19日，國際生物學(xué)領(lǐng)域知名期刊《基因組研究》在線發(fā)表了西南大學(xué)前沿交叉學(xué)科研究院夏慶友教授團(tuán)隊(duì)的最新研究成果論文。該研究首次構(gòu)建了家蠶全基因組編輯篩選平臺(tái)，并運(yùn)用該平臺(tái)建立了全基因組家蠶基因編輯文庫，篩選鑒定出家蠶具有代表性的必需基因等。這一研究對(duì)于功能基因組學(xué)和動(dòng)植物品種改良都具有重要價(jià)值。

▲團(tuán)隊(duì)成員在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行家蠶功能基因組研究。(西南大學(xué)供圖)

 昆蟲是世界上種類最多，數(shù)量最大，分布最廣的動(dòng)物。對(duì)昆蟲深入系統(tǒng)地開展基因組和功能基因組研究，將對(duì)昆蟲的進(jìn)化與起源、發(fā)育與再生、基因-環(huán)境互作等生命科學(xué)問題提供線索，也為生態(tài)資源保護(hù)與利用、害蟲的精準(zhǔn)防控、昆蟲源食品用品的開發(fā)奠定重要的基礎(chǔ)。所以對(duì)家蠶的研究顯得十分重要。

 “學(xué)校于2004年在全世界率先完成家蠶基因組圖譜解析，使家蠶成為較早完成基因組測序的物種之一。隨后又相繼建立了蛋白質(zhì)組、代謝組、RNAi、轉(zhuǎn)基因、基因編輯等一系列家蠶功能基因組研究平臺(tái)。”該研究團(tuán)隊(duì)成員馬三垣副教授介紹，隨著家蠶模式生物作用的不斷加強(qiáng)和蠶桑絲綢產(chǎn)業(yè)模式的快速升級(jí)，迫切需要新的研究手段。

 “CRISPR是原核生物基因組內(nèi)的一段重復(fù)序列，利用這個(gè)系統(tǒng)，細(xì)菌可以不動(dòng)聲色地把病毒基因從自己的基因組上切除，這是細(xì)菌特有的免疫系統(tǒng)。”馬三垣介紹，近年來，以CRISPR/Cas9為代表的基因編輯技術(shù)在果蠅、家蠶、蚊子等多種昆蟲中得到了廣泛的應(yīng)用，為昆蟲功能基因組研究提供了極大的便利。但是總體來看，昆蟲基因編輯技術(shù)的研究和應(yīng)用還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于哺乳動(dòng)物，尤其是在規(guī)模化CRISPR文庫的構(gòu)建與篩選方面。

 于是，以家蠶這一鱗翅目模式昆蟲為對(duì)象，該研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了全基因組文庫的構(gòu)建與篩選研究，構(gòu)建了覆蓋家蠶幾乎全部基因的CRISPR載體文庫和家蠶細(xì)胞文庫。在構(gòu)建好CRISPR細(xì)胞文庫之后，他們進(jìn)行了一些具有代表性的遺傳篩選，比如對(duì)家蠶在正常生長條件下的必需基因和生長抑制基因的篩選，獲得了1006個(gè)必需基因和838個(gè)生長抑制基因，發(fā)現(xiàn)兩者在生理功能、代謝通路和細(xì)胞定位上具有完全相反的規(guī)律;在極端溫度刺激下的非生物脅迫篩選，發(fā)現(xiàn)了3013個(gè)響應(yīng)極端溫度的基因及其潛在的機(jī)制等。

 據(jù)了解，這項(xiàng)研究的意義在于，這種基于全基因組的突變文庫構(gòu)建和篩選研究，對(duì)于功能基因組學(xué)和動(dòng)植物品種改良都具有重要價(jià)值，將極大地推動(dòng)家蠶功能基因研究進(jìn)入規(guī)模化、自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)化的新階段，促成家蠶遺傳育種的精準(zhǔn)化、規(guī)模化、工程化和多元化，為產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新升級(jí)提供新的思路。

 西南大學(xué)博士研究生常珈菘和王若琳為本文共同第一作者，馬三垣副教授和夏慶友教授為本文共同通訊作者。該研究受到國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目和面上項(xiàng)目，以及重慶市科技局項(xiàng)目的資助。