基于性别调控和基因组编辑的雄性家蚕品系构建研究

Silkworm is an important economic insect and has greatly contributed to the economic development for our country. In order to enlarge the silkworm breeding and industry, it is necessary to develop new theory and methods for improving silkworm genetic characteristics. Male silkworm, is much more useful for farmers: they are more resistant to disease, eat less and produce better silk. Therefore, it has been a long time goal for researchers and breeders. In our previous research, we have constructed male silkworm strain using the sex specified elements obtained from doublesex gene. However, the offsprings contain about 10% of female individuals because the alternative splicing leak. In this project, we intend to pursue the sex determination pathway and related key genes combining the genetic transformation and genome editing techniques to produce all male silkworm strain, which should have improved genetic property and filament characters. The approach is the combination of fundemantal research and potential application. It is the extention and optimization of our previous research. Theoretically, the research will help to build up the relatively detailed sex determination pathway and understanding the function of the key genes. In application, it will offer the opportunity to produce male only silkworm strain.

家蚕是重要的经济昆虫。为了进一步提升家蚕行业，需要利用新的理论和技术对家蚕进行遗传改良。雄性家蚕体质强健、食桑量少、茧丝品质优良，较雌蚕有更为优越的经济性状。因此，专养雄蚕长时间以来一直是蚕业界梦寐以求的愿望。我们前期通过转基因技术构建的雄性家蚕品系能够稳定遗传，但是由于使用双性基因性别特异剪接元件存在着性别剪接泄漏而在后代中还有10%的雌性个体。本项目拟通过对家蚕性别决定通路及其关键基因的研究，选择更加理想的性别特异调控元件或者元件组合体系，利用我们已经建立的遗传转化及基因组编辑技术构建可以稳定遗传的全雄性家蚕品系，实现家蚕专养雄蚕来改良丝质性状的目标。这项研究在理论上，通过性别调控通路关键基因研究逐步认识家蚕性别调控机理，认识鳞翅目昆虫性别决定通路及分子机制。在应用上，根据性别决定关键基因，通过基因组编辑以及遗传转化方法获得雄性家蚕品系来提高家蚕丝质的品质。

家蚕是重要的经济昆虫。为了进一步提升家蚕行业，需要利用新的理论和技术对家蚕进行遗传改良。雄性家蚕体质强健、食桑量少、茧丝品质优良，较雌蚕有更为优越的经济性状。本项目拟通过对家蚕性别决定通路及其关键基因的研究，选择更加理想的性别特异调控元件或者元件组合体系，利用我们已经建立的遗传转化及基因组编辑技术构建可以稳定遗传的全雄性家蚕品系，实现家蚕专养雄蚕来改良丝质性状的目标。围绕着这一个目标，我们完成了项目申请时提出的各项指标。现将主要结果总结如下：第一、进一步鉴定了一批参与家蚕性别决定的基因，完善了家蚕性别决定通路。首先，我们发现在雌性家蚕中Ash2和Gtsf1通过与SIWI相互作用，参与家蚕雌性的性别决定；其次，我们发现果蝇性别决定基因在家蚕中不参与性别决定，而家蚕中的PSI和Masc对雄性性别决定起着重要作用；同时我们还对家蚕性别决定通路末端基因doublesex进行了研究，发现该基因对性二态性的影响；第二、发掘了一批适用于家蚕性别控制的关键基因。我们发现敲除Sxl将特异的影响家蚕无核精子的功能，并且导致雄性不育；构建雄性不育和雌性不育品系，我们发现敲除Pnldc1，Malestrom和Ser2基因导致突变体雄性不育而雌性可育，突变体的竞争力和引诱力无显著性差异，而且雄性不育可以稳定遗传给后代;敲除卵子发生关键基因Osp导致雌性不育且可以稳定遗传给后代，该基因突变影响卵子发生缺陷最终导致雌性不育；我们还发现性别决定基因fruitless参与调控家蚕性行为，从而影响交配和后代不育；第三、构建了一个雌性胚胎致死专养雄蚕品系。我们通过雌性W染色体定点敲入Cas9和sgRNA靶标胚胎致死tra2基因，基于遗传转化和基因组编辑技术，构建了一个雌性胚胎致死品系，以达到专养雄蚕的目的。