基于家蚕Fib-H 敲除突变体高效表达石蚕“水生丝”CFib-H基因的研究

Caddisfly silk is a unique natural protein fiber produced by the aquatic caddisfly. The silk has excellent physical and biochemical properties. Due to the limited sources of caddisfly and its difficulty in sampling, the direct collection of caddisfly silk from the silkworm is widely considered as the simplest and most effective alternative. The project aims to efficiently promoting the expression of caddisfly silk heavy-chain gene CFib-H in the silkworm and to developing a high-performance caddisfly silk gene fibers, based on our previously established Fib-H gene knock-out mutants(HKO) system, facilitated by the key factor Bmdimm. Two organism models of transgenic silkworms HKO-(CFib-H) and HKO-(CFib-H)-Bmdimm will be created in the project, in order to study the transcription and expression of CFib-H gene, to analyze Bmdimm’s transcriptional regulation of CFib-H gene via juvenile hormone (JH) pathway, and to investigate the physical and physiological properties of transgenic silk. This project is expected to establish an efficient caddisfly silk gene expression system in the silkworm gland.

石蚕丝是水栖昆虫石蚕（Caddisfly)在水中作成的特殊天然蛋白纤维，具有多种优良的物理、生化等特性。但是因其来源稀少、采集困难等原因，限制了它的广泛应用。利用家蚕生物反应器，“让家蚕吐出石蚕丝”是解决上述问题的一条简便有效的途径。本项目拟通过我们已经建立的家蚕Fib-H敲除（HKO）系统，并利用过表达丝素基因关键转录调控因子Bmdimm的方法，促使石蚕丝重链基因（CFib-H）在家蚕丝腺中得以高效表达，以期开发一种转石蚕丝基因蚕丝纤维。项目将在构建HKO-(CFib-H) 和HKO-(CFib-H)-Bmdimm两种转石蚕CFib-H基因家蚕的基础上，研究CFib-H基因在的转录和表达水平，分析Bmdimm调控因子通过保幼激素（JH）通路对CFib-H基因的转录水平调控能力，调查转基因家蚕丝的理化性质。项目有望建立一种家蚕丝腺高效表达外源基因系统，并在此基础上创制一种新型蚕丝复合纤维。

项目背景：石蚕丝是水栖昆虫石蚕（Caddisfly announcement)在水中作成的优良天然蛋白纤维，但是因其来源稀少、野生环境中生成的丝难以直接利用等原因，限制了它的广泛应用。“如何让让家蚕高效吐出石蚕丝”是行业的需求和关注的重要问题。主要研究内容：通过家蚕丝素重链基因（Fib-H）敲除突变体（HKO）系统，并进一步借助丝素转录关键调控因子Bmdimm的调控能力，拟促使石蚕丝重链基因“CFib-H”在家蚕中得到高效表达。重要研究结果及意义：（1）成功创制了基于重链基因敲除家蚕HKO突变体的HKO-(CFib-H) 和HKO-(CFib-H)-Bmdimm转基因家蚕，从基因转录和表达水平上证实Bmdimm可以有效促进外源蛋白在家蚕后部丝腺高效表达，并通过信号通路分析，探究了Bmdimm的作用机制，为后续进一步提高外源蛋白在转基因家蚕中的表达效率提供了重要的理论参考；（2）获得了一种机械强度及吸放湿性能优异的“人造石蚕丝”纤维，并且其生物相容性可与普通蚕丝媲美，为基因工程开发水生绢丝昆虫（石蚕）资源奠定了基础；（3）利用项目研究创制的家蚕表达系统，积极进行成果转化，其中“HKO-Bmdimm”系统生产的鲎C因子蛋白进展顺利，目前已进入产品的试生产阶段。研究成功建立了一种家蚕丝腺高效表达外源基因系统，该家蚕丝腺表达系统在纤维新材料和生物医药研发领域展示了较强的实际应用价值。