家蚕茧丝产量性状相关基因的发掘及功能分析

Cocoon and silk production quantities are one the most important characters in sericulture.Functional genes of silk production remain to be discovered, which would be valuable if used in the future silkworm breeding. In this research, we will use high-throughput RNA sequencing to analyze the transcriptome of several silkworm strains with different silk productivities, and based on the previous QTL mapped regions, to screen out the differentially expressed genes in different strains. Then，the expression patterns, transcript regulation and potential alternative splicing of these genes, and as well as the protein interactions will be explored with multiple techniques. The gene functions will be further verified in transgenetic silkworm and by RNA interference (RNAi) technique. With this research, we aim to find important genes related to cocoon and silk production characters, and to analyze the regulatory mechanism of these genes on silk production. This research will lay important foundation for improving cocoon silk yield and the silkgland bio-reactor.

茧丝是蚕桑生产的主要目标产品，茧丝产量是家蚕品种中最受重视的性状之一。本课题在前期茧丝产量性状QTL定位的工作基础上，拟运用转录组测序技术构建家蚕多丝量品种和少丝量品种及其近等基因系的差异基因表达谱，筛选获得茧丝产量的关键功能基因，分析这些基因的表达特征、差异剪接、转录调控机制，并采用转基因过表达及RNAi技术进行基因功能验证，从而解析影响家蚕产量性状的分子机理。为从分子水平上阐明家蚕茧丝产量性状差异形成的机制、以及为家蚕丝腺生物反应器的研发提供借鉴。

通过同蛾区兄妹交配的方法获得了自交25代的家蚕近交系菁松IL和兰10IL。从杂交、回交后代中筛选雄性个体连续回交雌性亲本的方法获得了回交20代的高丝量近等基因系JsNIL和低丝量近等基因系L10NIL。利用前期的QTL定位结果，采用分子标记辅助选择技术，选育了多丝量耐氟且无鳞毛翅蚕品种。运用转录组测序技术构建家蚕多丝量品种菁松和少丝量品种兰10及其近等基因系的差异基因表达谱，共发现1400多个差异表达基因，上调表达的基因有730多个，下调表达的基因有680多个，差异达到极显著水平的有200多个，对差异表达基因进行了GO分类和Passway分析。转录组测序结果显示，Abl基因和E2F基因均有较大差异，其中Abl基因位于性染色体上QTL位点定位区域，经精细定位，认为Abl基因很可能为性染色体上的QTL位点对应基因。通过CRISPR-Cas9系统构建了表达Abl guide RNA的质粒，经注射家蚕蚕卵获得的表达Abl gRNA的个体与表达Cas9的品系杂交后，获得了转基因的敲除Abl基因的双荧光个体与野生型家蚕的全茧量与茧层量，发现均有明显的差异，其中基因敲除型的突变体的全茧量比野生型的降低了12.06%，茧层量比野生型的低22.35%，说明家蚕Abl基因对茧丝量有较大的影响。E2F转录因子的表达量在亲本之间存在显著差异，经Crispr-Cas9基因敲除验证，发现其对茧丝量的表达也有显著的调控作用。对不同茧丝产量的品种丝腺的MicroRNA进行了测序分析，发现相对于兰10而言，上调表达的miRNA有21个，下调的miRNA有12个，并对其中差异显著的miRNA的靶标基因进行了分析。有关研究结果发表论文5篇，其中SCI收录3篇，有1篇投稿SCI源期刊的论文正在审稿中。