蠶“姑娘”終于有了完整的基因組序列

西南大學(xué)資源昆蟲高效養(yǎng)殖與利用全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授代方銀團(tuán)隊(duì)首次獲得了家蠶W染色體完整基因組序列，并揭示鱗翅目昆蟲W染色體起源與進(jìn)化的新機(jī)制。日前，相關(guān)研究成果在線發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》。

在昆蟲中，性染色體組成以XX/XY系統(tǒng)為主，而鱗翅目昆蟲性染色體組成與大部分昆蟲不同，其性染色以ZZ/ZW系統(tǒng)為主，其中雄性為ZZ，雌性為ZW。最近20年來，家蠶性別決定分子機(jī)制研究一直是熱點(diǎn)問題，但總體上家蠶性別決定機(jī)制仍未被清晰解析，這與家蠶W染色體序列信息的缺乏不無關(guān)系。

“不是科學(xué)家們‘重男輕女’，而是蠶‘姑娘’的W染色體序列解析太難。”論文第一作者、西南大學(xué)副教授韓民錦說，本研究應(yīng)用二代短讀長、三代長讀長和Hi-C測序技術(shù)組裝獲得家蠶雌性個(gè)體的染色體級別基因組，并基于染色體熵值的算法開發(fā)了鑒定富含重復(fù)序列W染色體的工具，獲得了長度約10.1 Mb的家蠶W染色體序列。

通過對W染色體注釋，他們發(fā)現(xiàn)，家蠶W染色體的重復(fù)序列約占其總序列的87%；家蠶W染色體含有137個(gè)Fem拷貝，并且這些Fem拷貝主要以串聯(lián)重復(fù)形式排布，這解釋了為什么通過基因組敲除Fem無法完全實(shí)現(xiàn)雌性向雄性轉(zhuǎn)變，因?yàn)榛蚪M操作很難將W染色體上數(shù)目眾多的Fem拷貝完全敲除。

“本研究在家蠶W染色體上鑒定到76個(gè)蛋白編碼基因，其中11個(gè)基因?qū)儆赪染色體特有，這些基因大部分在家蠶早期胚胎相對高表達(dá)?！闭撐耐ㄓ嵶髡摺⑽髂洗髮W(xué)教授代方銀說，這些發(fā)現(xiàn)對系統(tǒng)解析家蠶性別決定機(jī)制以及基于W染色體的分子育種具有重要的指導(dǎo)意義。

韓民錦指出，這項(xiàng)研究通過比較21個(gè)鱗翅目昆蟲和3個(gè)毛翅目昆蟲基因組，發(fā)現(xiàn)鱗翅目W染色體通過多種機(jī)制產(chǎn)生，包括先前推測的非經(jīng)典模型、經(jīng)典模型下的Z-常染色體融合機(jī)制和本研究新提出的單個(gè)Z染色體轉(zhuǎn)換機(jī)制。

這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)的17個(gè)ZW系統(tǒng)中，有3個(gè)物種的W染色體形成涉及單個(gè)Z染色體轉(zhuǎn)換機(jī)制，該機(jī)制認(rèn)為祖先ZO/ZZ性染色體系統(tǒng)中的雄性包含一對ZZ性染色體，在進(jìn)化過程中其中一條Z染色體獲得了雌性性別決定因子，進(jìn)而導(dǎo)致該Z染色體轉(zhuǎn)變成W染色體。