家蠶遺傳育種從傳統(tǒng)雜交到分子設(shè)計(jì)

家蠶遺傳育種：從傳統(tǒng)雜交到分子設(shè)計(jì)馬三垣;夏慶友【摘要】SericultureisoneofthegreatinventionsoftheChinesepeopleandhasbecomeanimportantculturalfeatureofChina.AsChinaisthelong-lastingcenterofsilkproduction,geneticbreedingofsilkwormwashighlyde-velopedhistorically,andhasformedacomprehensivesystemforbreedingandpreservationofnewvarieties.However,silkwormbreedingreachedabottleneckrecently,becausemostofthetraditionalgeneticresourceshavebeenutilizedandsilkwormstrainshavebecomehomogeneous.Meanwhile,sericultureinChinameetshugechallengesinthe21stcentury.Inrecentyears,withthedevelopmentandrapidapplicationofmolecularbiology,genomics,transgeneandgenomeediting,silkwormgeneticbreedinghasenteredanewera.Inthisreview,wesummarizethedevelopmentofsilkwormgeneticbreeding,especiallytheprogressandperspectiveoftransgeneandgenomeeditingingeneticengineeringofsilkworms.Wealsodiscussthefuturedevelopmentofsilkwormgeneticbreeding.%蠶桑絲綢是我國(guó)人民的偉大發(fā)明，是中華民族的重要文化標(biāo)識(shí)，我國(guó)也長(zhǎng)期保持著世界產(chǎn)業(yè)中心的地位.家蠶早期遺傳育種研究高度發(fā)達(dá)，形成了完善、科學(xué)的蠶種繁育和保存體系,但是也提前進(jìn)入了育種技術(shù)的發(fā)展瓶頸，如傳統(tǒng)遺傳資源已被充分挖掘,品種同質(zhì)化程度高等.進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)蠶桑絲綢產(chǎn)業(yè)面臨著前所未有的巨大挑戰(zhàn).近年來(lái)，隨著分子生物學(xué)、基因組學(xué)、轉(zhuǎn)基因、基因組編輯技術(shù)的蓬勃發(fā)展及其快速應(yīng)用，家蠶遺傳育種迎來(lái)了良好的發(fā)展勢(shì)頭.本文綜述了家蠶遺傳育種的發(fā)展歷程，尤其是轉(zhuǎn)基因和基因組編輯技術(shù)在現(xiàn)代家蠶品種改良中的應(yīng)用潛力和現(xiàn)狀，展望和討論了家蠶遺傳育種未來(lái)研究和應(yīng)用的重點(diǎn).【期刊名稱】《遺傳》【年(卷)，期】2017(039)011【總頁(yè)數(shù)】8頁(yè)(P1025-1032)【關(guān)鍵詞】家蠶;遺傳育種;轉(zhuǎn)基因;基因組編輯【作者】馬三垣;夏慶友【作者單位】西南大學(xué),家蠶基因組生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶市蠶絲纖維新材料工程技術(shù)中心，重慶400716;西南大學(xué),家蠶基因組生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶市蠶絲纖維新材料工程技術(shù)中心，重慶400716【正文語(yǔ)種】中文蠶桑絲綢產(chǎn)業(yè)最早起源于中國(guó)，我國(guó)也長(zhǎng)期保持世界產(chǎn)業(yè)中心的地位。13世紀(jì)初養(yǎng)蠶技術(shù)隨絲綢之路傳至法國(guó)，18世紀(jì)法國(guó)成為世界絲綢大國(guó)，由此帶動(dòng)了機(jī)械、化工、能源和交通的快速發(fā)展。19世紀(jì)，法國(guó)因微粒子病的危害使養(yǎng)蠶業(yè)衰敗，隨后產(chǎn)業(yè)中心轉(zhuǎn)移到日本，并為日本明治維新改革提供了財(cái)力支撐。20世紀(jì)70年代，世界蠶業(yè)中心又重新回到中國(guó)。絲綢從中國(guó)向全世界遠(yuǎn)播，產(chǎn)業(yè)中心在不同地區(qū)流轉(zhuǎn)的過(guò)程中，形成了著名的絲綢之路，為人類歷史進(jìn)步和世界文化交流做出了卓越的貢獻(xiàn)。時(shí)至今日，我國(guó)2000萬(wàn)戶農(nóng)民栽桑養(yǎng)蠶，蠶繭年產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的80%左右，連續(xù)30多年位居世界首位［1］。蠶絲業(yè)也是東南亞、中亞、南美洲眾多國(guó)家和區(qū)域經(jīng)濟(jì)的重要組成部分。家蠶是從專食桑樹(shù)的害蟲(chóng)野桑蠶進(jìn)化而來(lái)，以其為基礎(chǔ)的蠶桑絲綢產(chǎn)業(yè)發(fā)展至今，在很大程度上得益于家蠶遺傳育種工作的推進(jìn)。人類最早對(duì)野生動(dòng)物的馴化可以追溯到公元前9000年左右。最新考古學(xué)證據(jù)表明，8500年前的新石器時(shí)代人類就可能已經(jīng)有意識(shí)地使用蠶絲纖維制作絲綢［2］。隨著《物種起源》、孟德?tīng)栠z傳、群體遺傳、數(shù)量遺傳等一系列奠基性定律和理論的相繼發(fā)現(xiàn)，家蠶育種進(jìn)入快速發(fā)展階段。很多重要的經(jīng)濟(jì)性狀在這一階段得到了大幅度的改善。但是，傳統(tǒng)遺傳育種手段只能在有限的品種資源中通過(guò)基因組雜交、獨(dú)立分配和重組來(lái)篩選優(yōu)良的種質(zhì)資源育成新品種，隨著有限自然遺傳資源的挖掘利用，這種高度依賴于自然遺傳資源且效率較低的育種手段的潛力受到了極大的限制。其中家蠶傳統(tǒng)育種水平在20世紀(jì)80年代末就幾乎達(dá)到頂峰，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的挖掘，基于傳統(tǒng)育種手段的增產(chǎn)潛力已經(jīng)挖掘殆盡。在雜交種推廣以后的大半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，除了在BmNPV(Bombyxmorinucleopolyhedrovirus)抗性、蠶繭熒光判性和特色品種選育方面取得較好進(jìn)展以外，家蠶遺傳育種總體上進(jìn)展較為緩慢。在這一時(shí)期，我國(guó)蠶桑絲綢行業(yè)在全社會(huì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和其他紡織纖維發(fā)展的影響下，面臨著巨大的轉(zhuǎn)型升級(jí)壓力。20世紀(jì)80年代以來(lái)，分子遺傳學(xué)和分子生物技術(shù)飛速發(fā)展，層出不窮的新技術(shù)、新成果也不斷應(yīng)用于動(dòng)物育種領(lǐng)域［3］。RFLP(restrictionfragmentlengthpolymorphism).RAPD(randomamplificationofpolymorphicDNA)、AFLP(amplifiedfragmentlengthpolymorphisms).SADF(selectiveamplificationofDNAfragments).SSR(simplesequencerepeats)和SNP(singlenucleotidepolymorphism)等分子標(biāo)記相繼被應(yīng)用到家蠶遺傳育種中［4］，家蠶基因組圖譜、基因表達(dá)芯片、遺傳變異圖譜、蛋白質(zhì)組、代謝組也陸續(xù)得到解析［1］。這一系列分子標(biāo)記和基因組學(xué)大數(shù)據(jù)不僅快速揭示了過(guò)去傳統(tǒng)雜交育種的深層次機(jī)理，也為家蠶遺傳育種如何突破傳統(tǒng)資源利用的極限提供了新的思路和靶標(biāo)。利用家蠶轉(zhuǎn)基因技術(shù)，部分靶標(biāo)已經(jīng)被成功地轉(zhuǎn)化到家蠶遺傳育種工作中。過(guò)去的10年內(nèi)，不但在產(chǎn)量、質(zhì)量、抗性等方面累積了大量的轉(zhuǎn)基因素材，也開(kāi)拓了生物反應(yīng)器、害蟲(chóng)防控等新的應(yīng)用領(lǐng)域。近年來(lái)，基因組編輯技術(shù)的出現(xiàn)和蓬勃發(fā)展更是為動(dòng)植物遺傳育種注入了新的活力，在土豆耐冷藏［5］、小麥抗白粉?。?］、水稻品質(zhì)改良［7］等現(xiàn)代作物育種中也已經(jīng)展現(xiàn)出前所未見(jiàn)的潛力。家蠶是國(guó)內(nèi)最早實(shí)現(xiàn)基因組編輯的物種之一，隨著該技術(shù)在家蠶中的不斷完善和深入研究，也在遺傳素材創(chuàng)制方面開(kāi)始發(fā)揮重要的作用［8］。本文系統(tǒng)總結(jié)了家蠶遺傳育種的發(fā)展歷程，尤其是轉(zhuǎn)基因和基因組編輯技術(shù)在現(xiàn)代家蠶遺傳改良中的應(yīng)用，并對(duì)家蠶遺傳育種的未來(lái)研究和應(yīng)用進(jìn)行了的展望，以供家蠶和動(dòng)物遺傳育種領(lǐng)域的研究者借鑒、參考和討論。家蠶遺傳育種在整個(gè)農(nóng)業(yè)發(fā)展史上開(kāi)展較早，傳統(tǒng)育種在過(guò)去的幾千年中已經(jīng)得到了較好的發(fā)展。早在《周禮》、《齊民要術(shù)》和《天工開(kāi)物》等史籍農(nóng)書中，已經(jīng)有關(guān)于家蠶化性、眠性、繭色、斑紋等性狀的記載。20世紀(jì)，連續(xù)個(gè)體選擇法的應(yīng)用將繭層率從16.2%提高到23%，隨后的系統(tǒng)選擇和雜交優(yōu)勢(shì)在家蠶遺傳育種中的應(yīng)用（1914年最先在日本推廣）可使繭層率達(dá)到30%，這是家蠶育種歷史進(jìn)程中最為輝煌的兩次飛躍［9］。傳統(tǒng)育種技術(shù)在早期高度發(fā)達(dá)，形成了比較先進(jìn)和完善的蠶種繁育制度。1955年我國(guó)就已經(jīng)制定了〃三級(jí)繁育，四級(jí)制種”的蠶種繁育制度，即飼育原原母種進(jìn)行原原母種繼代和生產(chǎn)原原種、飼育原原種生產(chǎn)原種、飼育原種生產(chǎn)一代雜交種。這種繁育組織體制在保持蠶品種的純正和優(yōu)良性狀，防止混雜退化，提高蠶種質(zhì)量方面起到了重要作用。與此同時(shí)，輻射誘變、細(xì)胞工程和染色體工程也在家蠶遺傳育種中得到了大量的應(yīng)用，不但累積了500余份具有重要研究?jī)r(jià)值的突變材料，也培育出一系列具有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值的特殊家蠶品種。其中適于其他植物和人工飼料的廣食性品種，龍角、黑鎬、黑蛹等高飼料效率品種以及雄核發(fā)育、伴性分選、平衡致死、條件致死等單養(yǎng)雄蠶品種，不但成為近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)蠶桑絲綢產(chǎn)業(yè)研究和應(yīng)用的重點(diǎn)，也體現(xiàn)了當(dāng)時(shí)家蠶遺傳育種的先進(jìn)水平［10］。以系統(tǒng)選育和雜交育種為主的傳統(tǒng)育種技術(shù)作為動(dòng)植物育種的基本途徑之一，在近代家蠶育種工作中發(fā)揮了極大的作用。日本在戰(zhàn)后的50年內(nèi)全國(guó)蠶品種數(shù)達(dá)到152個(gè)。我國(guó)自20世紀(jì)50年代開(kāi)始，也育成了大量的蠶品種，尤其是主要蠶區(qū)的春用蠶品種經(jīng)過(guò)4次大的更新?lián)Q代，出絲率和繭絲質(zhì)都得到了明顯的提高［11］。近年來(lái)也育成了以〃華康1號(hào)”、“華康2號(hào)”為主要代表的新型家蠶品種［12］。但是，進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，家蠶傳統(tǒng)育種遇到了極大的挑戰(zhàn)。首先，傳統(tǒng)育種通常利用種類的不同品種或品系的雜交實(shí)現(xiàn)新品種的培育，無(wú)法實(shí)現(xiàn)優(yōu)良性狀的跨物種轉(zhuǎn)移；其次，傳統(tǒng)育種技術(shù)主要依賴于對(duì)已有的自然資源或突變材料的整合利用，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)百年的挖掘，已有的自然或人工遺傳資源的潛力已經(jīng)接近極限；第三，通過(guò)系統(tǒng)選擇、雜交、回交及多世代篩選，最終獲得目標(biāo)性狀表現(xiàn)優(yōu)良的品種，育種周期長(zhǎng)，成本高。1991年，美國(guó)RhodeIsland大學(xué)Goldsmith提出國(guó)際家蠶分子育種計(jì)劃，在此倡導(dǎo)下，先后構(gòu)建了家蠶RFLP、RAPD、AFLP、SSR、SNP等分子標(biāo)記圖譜［4］。在人類基因組計(jì)劃影響下，我國(guó)也于1996年提出了家蠶基因組計(jì)劃，并于2004年率先完成了家蠶基因組草圖的繪制［13］。家蠶基因組計(jì)劃的解析首次系統(tǒng)性展示了家蠶經(jīng)濟(jì)性狀、生長(zhǎng)發(fā)育、性別調(diào)控和疾病抗性的關(guān)鍵基因。以西南大學(xué)為主的國(guó)際家蠶研究團(tuán)隊(duì)分別在2008年跨國(guó)合作完成了家蠶基因組精細(xì)圖譜［14］和2009年完成了40個(gè)蠶類基因組遺傳變異圖譜［15］，實(shí)現(xiàn)了家蠶基因組計(jì)劃〃三步曲”。我國(guó)科學(xué)家在100年近現(xiàn)代蠶業(yè)科學(xué)發(fā)展史中做出了杰出貢獻(xiàn)，同時(shí)家蠶也成為少數(shù)幾個(gè)完成基因組〃三步曲”的物種之一，在國(guó)際科學(xué)界產(chǎn)生了極大影響，尤其是40個(gè)蠶類遺傳變異圖譜的解析，首次在全基因組水平揭示了千年以來(lái)人類馴化和選擇家蠶的分子印記和雜交育種的深層次機(jī)理，也為家蠶遺傳育種工作發(fā)掘了新的靶標(biāo)。長(zhǎng)期的馴化選擇使家蠶的性狀發(fā)生了顯著的變化，40個(gè)蠶類遺傳變異圖譜研究發(fā)現(xiàn)了1041個(gè)受到選擇壓力的基因組區(qū)域，并從中鑒定了354個(gè)蛋白編碼基因，這些基因主要參與絲蛋白合成、能量代謝、生殖特性、飛行能力等的調(diào)控［15］。在家蠶基因組計(jì)劃的推動(dòng)下，全基因組生物信息學(xué)、大規(guī)模EST測(cè)序、全基因組芯片、基因組甲基化、定位克隆等在家蠶的研究中也取得了一系列的突破；絲蛋白合成與調(diào)控、分子免疫與疾病抗性、變態(tài)發(fā)育與營(yíng)養(yǎng)信號(hào)、性別決定與網(wǎng)絡(luò)調(diào)控等家蠶主要生物學(xué)和經(jīng)濟(jì)性狀的分子機(jī)理得到深入的解析［1］。家蠶遺傳育種已進(jìn)入以基因組為支撐、以生物信息大數(shù)據(jù)分析為輔助、以產(chǎn)業(yè)重大需求和科技引領(lǐng)相結(jié)合為導(dǎo)向、以現(xiàn)代分子遺傳技術(shù)為手段的分子設(shè)計(jì)育種時(shí)代。轉(zhuǎn)基因技術(shù)可以打破物種間固有的遺傳壁壘，突破現(xiàn)有遺傳資源的局限，針對(duì)目標(biāo)性狀，快速精準(zhǔn)地實(shí)現(xiàn)特定性狀的改良，已成為動(dòng)植物遺傳育種的主要技術(shù)手段。關(guān)于家蠶轉(zhuǎn)基因技術(shù)的探索自20世紀(jì)40年代就已經(jīng)開(kāi)始，研究者們陸續(xù)開(kāi)發(fā)了外源DNA片段直接注射、精子介導(dǎo)、基因槍、電穿孔、病毒介導(dǎo)、脈沖場(chǎng)電泳、孤雌生殖以及同源重組等多種技術(shù)方法，但直到2000年，日本學(xué)者Tamura才建立了成熟穩(wěn)定的基于piggyBac轉(zhuǎn)座子的家蠶轉(zhuǎn)基因技術(shù)［16］。隨后，轉(zhuǎn)基因技術(shù)在家蠶基礎(chǔ)理論研究和產(chǎn)業(yè)素材創(chuàng)制中得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是在蠶絲產(chǎn)量和質(zhì)量提升、抗病毒遺傳性能改良、生物反應(yīng)器研發(fā)等方面，加速了轉(zhuǎn)基因素材的創(chuàng)新。2011年，馬俐等［17］運(yùn)用GAL4/UAS轉(zhuǎn)基因系統(tǒng)，在家蠶后部絲腺中特異超表達(dá)癌基因Ras1CA，使蠶絲蛋白生產(chǎn)和蠶絲產(chǎn)量提高了60%，這是蠶繭產(chǎn)量自雜交育種應(yīng)用之后的又一次提升；進(jìn)一步檢測(cè)顯示，食物消耗量?jī)H增加20%，桑葉蠶絲轉(zhuǎn)化效率提高了30%，提示該轉(zhuǎn)基因品系在蠶業(yè)生產(chǎn)中具有潛在的應(yīng)用前景。2012年，Teul&等［18］在家蠶絲腺中表達(dá)了〃蠶絲-蜘蛛絲”嵌合絲蛋白，蠶絲的力學(xué)性能得到了大幅度的改善，首次實(shí)現(xiàn)利用蜘蛛絲顯著提高蠶絲的力學(xué)性能。美國(guó)KraigBiocraft公司以該技術(shù)為核心，正在進(jìn)行高性能轉(zhuǎn)基因蠶絲纖維的規(guī)模化生產(chǎn)。單養(yǎng)雄蠶技術(shù)在蠶業(yè)生產(chǎn)中具有廣泛的應(yīng)用前景，2013年譚安江等［19］利用四環(huán)素Tet-off調(diào)控系統(tǒng)和Dsx基因性別特異選擇性剪接機(jī)制，構(gòu)建了一個(gè)四環(huán)素開(kāi)關(guān)和性別開(kāi)關(guān)的雙重控制轉(zhuǎn)基因系統(tǒng)，在缺乏四環(huán)素的條件下實(shí)現(xiàn)雌特異性致死。2013年，Lizuka等［20］培育了綠色、粉紅色熒光蛋白蠶絲，以及可以制造人造血管的細(xì)纖度蠶絲。2016年，王鑫等［21］通過(guò)轉(zhuǎn)基因調(diào)控影響絲蛋白成絲過(guò)程的金屬離子的梯度和含量，在不改變蠶絲基因序列的前提下實(shí)現(xiàn)了蠶絲纖維力學(xué)性能的改變。2010~2016年期間，轉(zhuǎn)基因技術(shù)除了在提高蠶絲纖維產(chǎn)量和質(zhì)量方面發(fā)揮了重要作用以外，還實(shí)現(xiàn)了蠶絲纖維的功能化和多樣化。如：Adachi等［22］在家蠶絲腺中成功制備了含有人膠原蛋白的蠶絲；王峰等［23］和Kambe等［24］分別制備了含有酸性和堿性成纖維生長(zhǎng)因子的蠶絲；李珍等［25］制備了具有抗菌功能的熒光蠶絲；王少華等［26］通過(guò)在轉(zhuǎn)基因家蠶中表達(dá)鈣結(jié)合蛋白提高了蠶絲纖維的鈣結(jié)合能力，為蠶絲品質(zhì)的提升和應(yīng)用領(lǐng)域的拓展奠定了重要的基礎(chǔ)。家蠶抗性直接影響整個(gè)蠶絲產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)量與經(jīng)濟(jì)效益，每年因蠶病暴發(fā)造成的損失占蠶業(yè)生產(chǎn)總收入的20%左右。BmNPV病毒的傳染性和致病性強(qiáng)，是蠶業(yè)生產(chǎn)中最容易給蠶農(nóng)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失的病原之一。2004年，Isobe等［27］首次將抑制BmNPVlef-1的片段轉(zhuǎn)入家蠶，在一定程度上控制了轉(zhuǎn)基因蠶體內(nèi)的病毒滴度，為解決家蠶抗BmNPV品種的培育提供了新的思路。2007年，Kanginakudru等［28］通過(guò)轉(zhuǎn)基因干涉BmNPV的ie-1基因，達(dá)到40%的保護(hù)效果。在此基礎(chǔ)上，蔣亮等［29］將BmNPV的ie-1、helicase、gp64和vp39分別作為靶標(biāo)基因，對(duì)影響干涉效率的因素進(jìn)行了系統(tǒng)比較和分析，進(jìn)一步提高了轉(zhuǎn)基因家蠶的抗性。同時(shí)，蔣亮等［30~32］還發(fā)現(xiàn)，通過(guò)分別轉(zhuǎn)入家蠶內(nèi)源抗病毒基因Bmlipase-1［30］和外源的hycu-ep32基因［31］，調(diào)控家蠶免疫通路的關(guān)鍵基因BmSpry和BmPGRP2［32］，均可以提高轉(zhuǎn)基因家蠶對(duì)BmNPV病毒的抵抗力。蔣亮等［33］將同時(shí)干涉多個(gè)病毒基因和增量表達(dá)抗病毒分子的策略相結(jié)合，培育了死亡率降低78%的超抗轉(zhuǎn)基因品系。第一批轉(zhuǎn)基因抗性家蠶開(kāi)始進(jìn)入安全檢測(cè)中試階段，有望成為第一個(gè)應(yīng)用于生產(chǎn)的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物［34］。另外，Subbaiah等［35］同時(shí)干涉BmNPV的4個(gè)基因(ie1、lef1、lef3和p74)，張鵬杰等［36］同時(shí)干涉BmNPV的ie-1和lef-1基因，也制備了抗性進(jìn)一步增強(qiáng)的轉(zhuǎn)基因家蠶。家蠶的絲腺合成和儲(chǔ)存蛋白的能力驚人(一條蠶食下約20g桑葉，可產(chǎn)生約0.5g純絲蛋白)，此外家蠶具有大規(guī)模生產(chǎn)成本低、對(duì)人畜安全、蛋白質(zhì)翻譯后修飾相對(duì)完善、有規(guī)?；a(chǎn)的蠶絲產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)等優(yōu)勢(shì)，使得家蠶絲腺具備了作為新一代生物反應(yīng)器的基本條件和獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。同時(shí)生物反應(yīng)器也是促進(jìn)傳統(tǒng)蠶桑絲綢產(chǎn)業(yè)改造和拓展產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的重要方向之一，對(duì)發(fā)展基礎(chǔ)生命科學(xué)，革新生物產(chǎn)業(yè)技術(shù)，提升蠶業(yè)經(jīng)濟(jì)效益與弘揚(yáng)中華蠶絲文化具有重要的科學(xué)意義。2003年，Tomita等［37］首次利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)在家蠶的絲腺中表達(dá)了人山型膠原蛋白。隨后的10余年時(shí)間內(nèi)，科研人員先后建立了中部絲腺、后部絲腺和脂肪體生物反應(yīng)器，并在其中成功表達(dá)了免疫球蛋白、人腦源神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子、人成纖維生長(zhǎng)因子、雞法氏囊病毒亞單位疫苗、人血清白蛋白、貓干擾素、人阿片受體、植酸酶、鼠單克隆抗體和蜘蛛絲等具有重要價(jià)值的蛋白［38,39］。貓干擾素等蛋白已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)入規(guī)?；a(chǎn)和市場(chǎng)化的階段。近年來(lái)，科研人員又對(duì)轉(zhuǎn)基因絲腺生物反應(yīng)器進(jìn)行了一系列的優(yōu)化和改造王峰等［40］通過(guò)啟動(dòng)子/增強(qiáng)子/UTR的優(yōu)化組合，將外源蛋白的表達(dá)水平提高了16倍；馬三垣等［41,42］通過(guò)轉(zhuǎn)基因干涉和基因組編輯降低內(nèi)源絲蛋白基因的表達(dá)量，進(jìn)一步提高了外源蛋白的表達(dá)水平；Adachi等［43］和Mabashi-Asazuma等［44］分別在絲腺中表達(dá)了脯氨酸羥化酶和哺乳動(dòng)物糖基轉(zhuǎn)移酶，初步實(shí)現(xiàn)了夕卜源蛋白翻譯后修飾的人源化改造?；蚪M編輯是指將外源DNA元件導(dǎo)入到基因組特定位點(diǎn)，或者對(duì)基因組特定位點(diǎn)實(shí)現(xiàn)刪除、替換、插入、修復(fù)等定向改造，獲得預(yù)期的遺傳改變的技術(shù)。近年來(lái)以ZFN(zincfingernuclease)、TALEN(transcriptionactivator-likeeffectornucleases)和CRISPR/Cas9(clusteredregularlyinterspacedshortpalindromicrepeats/CRISPRassociatedprotein9）為主的基因組編輯技術(shù)在生命科學(xué)基礎(chǔ)研究、經(jīng)濟(jì)動(dòng)植物遺傳改造和遺傳疾病基因治療等方面展現(xiàn)出了巨大的優(yōu)勢(shì)和潛力。由于基因組編輯技術(shù)不需要在生物體內(nèi)引入額外的基因，產(chǎn)生的新品種可能不需要復(fù)雜的監(jiān)管和審查，被認(rèn)為是目前最理想的育種工具。經(jīng)基因組編輯的抗褐變蘑菇已經(jīng)成功得到美國(guó)政府的上市許可［45］。隨著基因組編輯技術(shù)的發(fā)展，在家蠶中也相繼建立了基于ZFN、TALEN和CRISPR/Cas9的基因組編輯技術(shù)體系，并極大地促進(jìn)了家蠶功能基因組的研究［8,46~49］。此外，基因組編輯技術(shù)也在家蠶遺傳育種素材創(chuàng)制和應(yīng)用拓展方面展現(xiàn)出了較大的潛力。在生物反應(yīng)器方面，馬三垣等［41］利用ZFN制備了〃空絲腺”反應(yīng)器，將影響純化過(guò)程的絲素重鏈蛋白去掉的同時(shí)將外源蛋白的表達(dá)量提升至50%，在一定程度上克服了外源蛋白合成量低、純化困難這兩個(gè)一直困擾絲腺生物反應(yīng)器發(fā)展的瓶頸問(wèn)題；同時(shí)，還在〃空絲腺”中制備了重新設(shè)計(jì)的、能正常表達(dá)和吐絲、具有典型纖維特征和力學(xué)性能的人工蠶絲纖維，為蠶絲纖維的人為改良和重新設(shè)計(jì)提供了重要的理論依據(jù)和示范參考。在抗病育種方面，董戰(zhàn)旗等［50］通過(guò)在家蠶細(xì)胞中表達(dá)Cas9蛋白和靶向BmNPV病毒基因組的gRNA，抑制了BmNPV的復(fù)制。陳樹(shù)清等［51］也利用類似的策略制備了對(duì)BmNPV具有抗性的轉(zhuǎn)基因家蠶。利用切割病毒基因組防治BmNPV病毒的方式，也可能產(chǎn)生攜帶不同突變的病毒而具有較強(qiáng)的風(fēng)險(xiǎn)，是否能在實(shí)際生產(chǎn)中推廣應(yīng)用還值得商榷和法規(guī)管理，但這兩項(xiàng)嘗試也為家蠶病毒病的防治提供了新的可以借鑒的思路。此外，家蠶作為鱗翅目研究的模式生物，在性別遺傳操作方面的研究對(duì)鱗翅目害蟲(chóng)的防治具有較強(qiáng)的指導(dǎo)和借鑒意義。許軍等［52］通過(guò)設(shè)計(jì)靶向性別決定通路中關(guān)鍵基因Bmdsx的TALEN，并在家蠶中進(jìn)行轉(zhuǎn)基因表達(dá)，實(shí)現(xiàn)了雌特異性不育，為昆蟲(chóng)種群控制提供了一種新的備選方法?；蚪M編輯技術(shù)已經(jīng)在家蠶新品種培育和資源發(fā)掘方面展現(xiàn)了其他技術(shù)無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)和潛力，相信隨著基因組編輯技術(shù)的進(jìn)一步研究和推廣應(yīng)用，必定會(huì)為蠶桑產(chǎn)業(yè)的升級(jí)發(fā)展和拓展應(yīng)用不斷地注入新鮮的血液和活力。在數(shù)千年的歷史進(jìn)程中，蠶桑絲綢產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有著燦爛的成就。回顧歷史，早期的中國(guó)、中世紀(jì)后期的歐洲、20世紀(jì)初的日本，每一段蠶業(yè)發(fā)展的輝煌時(shí)期，都伴隨著家蠶遺傳研究和育種工作的跨越式進(jìn)步。早期遺傳育種技術(shù)的高度發(fā)達(dá)，傳統(tǒng)育種手段潛力的充分挖掘，讓家蠶遺傳育種提前遭遇了育種的技術(shù)發(fā)展瓶頸。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，生命科學(xué)進(jìn)入了以基因組學(xué)和基因工程為主要推動(dòng)了的快車道，分子育種技術(shù)也取得了新的突破。在此背景下，家蠶基因組、功能基因組、基因工程研究也取得了前所未有的飛躍式進(jìn)步，為家蠶遺傳育種工作的再一次騰飛奠定了重要的基礎(chǔ)。但與此同時(shí)，近半個(gè)世紀(jì)來(lái)，蠶桑絲綢產(chǎn)業(yè)缺乏前沿蠶業(yè)科技的支撐和引領(lǐng)，同時(shí)也受到其他紡織行業(yè)快速發(fā)展的沖擊，發(fā)展緩慢，近年來(lái)甚至有下滑的趨勢(shì)。因此，如何將快速發(fā)展的前沿科學(xué)技術(shù)與發(fā)展相對(duì)滯后的蠶桑絲綢產(chǎn)業(yè)有機(jī)統(tǒng)一，有序促進(jìn)蠶桑絲綢產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)和可持續(xù)性發(fā)展，將是家蠶遺傳育種的當(dāng)務(wù)之急。我們認(rèn)為，未來(lái)5~10年，家蠶遺傳育種如能在以下3個(gè)方面的工作取得實(shí)質(zhì)性的突破，蠶桑絲綢產(chǎn)業(yè)重現(xiàn)歷史輝煌的景象則指日可待，憧憬可期。第一，加強(qiáng)對(duì)接產(chǎn)業(yè)發(fā)展的實(shí)際需求，讓前沿科技成果落到實(shí)處。針對(duì)制約蠶絲產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要問(wèn)題，進(jìn)行有針對(duì)性的專題研究，比如培育吸水性強(qiáng)的繭絲品種以促進(jìn)蠶絲加工進(jìn)入自動(dòng)化紡織工藝，培育短周期、強(qiáng)健性、抗病抗逆性、高飼料適應(yīng)性品種以促進(jìn)蠶桑養(yǎng)殖的規(guī)?；妥詣?dòng)化，培育不同性能的繭絲品種以滿足不同的應(yīng)用領(lǐng)域等。同時(shí)，針對(duì)近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的蠶桑綜合利用產(chǎn)業(yè)，也應(yīng)當(dāng)配套對(duì)應(yīng)的新型遺傳資源。第二，進(jìn)一步強(qiáng)化家蠶基礎(chǔ)科學(xué)研究，突出科學(xué)理論突破對(duì)于蠶桑絲綢行業(yè)未來(lái)發(fā)展的引領(lǐng)作用。雖然經(jīng)過(guò)十余年的跨越式發(fā)展，我國(guó)在家蠶基礎(chǔ)理論研究和創(chuàng)新方面已經(jīng)走到了世界的前列，但同時(shí)也要看到，家蠶研究與生命科學(xué)前沿還有一定的距離。堅(jiān)持系統(tǒng)性開(kāi)展家蠶生物學(xué)研究，盡快取得重大的原創(chuàng)性理論突破，獲得針對(duì)主要經(jīng)濟(jì)性狀改良的機(jī)理清楚、效果顯著的靶標(biāo)基因，才能早日開(kāi)創(chuàng)〃一個(gè)基因帶動(dòng)一個(gè)產(chǎn)業(yè)，一粒種子改變一個(gè)世界”的家蠶模式。第三，家蠶已經(jīng)在轉(zhuǎn)基因、基因組編輯等前沿生物技術(shù)研究和應(yīng)用中取得了一定的成功，繼續(xù)探索家蠶遺傳操作與基因調(diào)控技術(shù)，多搭、搭好前沿科技成果與產(chǎn)業(yè)需求之間的轉(zhuǎn)化橋梁，也是家蠶遺傳育種需要長(zhǎng)期堅(jiān)持的重點(diǎn)工作?！鞠嚓P(guān)文獻(xiàn)】[1]XiaQY,LiS,FengQL.AdvancesinsilkwormstudiesacceleratedbythegenomesequencingofBombyxmori.AnnuRevEntomol,2014,59:513-536.GongYX,LiL,GongDC,YinH,ZhangJZ.BiomolecularEvidenceofSilkfrom8,500YearsAgo.PLoSOne,2016,11(12):e0168042.張勤,李紹武.《遺傳》雜志努力推動(dòng)中國(guó)動(dòng)物遺傳育種研究.遺傳,2012,34(10):1221-1222.LiB,LuC,ZhouZY,XiangZH.Progressinconstructingofmolecularlinkagemapandmolecularmarkersassistedbreedinginsilkworm.Hereditas(Beijing),1999,21(4):54-56.李斌，魯成，周澤揚(yáng),向仲懷.家蠶分子連鎖圖譜的構(gòu)建及分子標(biāo)記育種研究進(jìn)展.遺傳,1999,21(4):54-56.ClasenBM,StoddardTJ,LuoS,DemorestZL,LiJ,CedroneF,TibebuR,DavisonS,RayEE,DaulhacA,CoffmanA,YabandithA,RetterathA,HaunW,BaltesNJ,MathisL,VoytasDF,ZhangF.Improvingcoldstorageandprocessingtraitsinpotatothroughtargetedgeneknockout.PlantBiotechnolJ,2016,14(1):169-176.WangYP,ChengX,ShanQW,ZhangY,LiuJX,GaoCX,QiuJL.Simultaneouseditingofthreehomoeoallelesinhexaploidbreadwheatconfersheritableresistancetopowderymildew.NatBiotechnol,2014,32(9):947-951.ShanQW,ZhangY,ChenKL,ZhangK,GaoCX.CreationoffragrantricebytargetedknockoutoftheOsBADH2geneusing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