利用E群突变研究家蚕躯体模式决定相关基因

躯体模式的建立是生物个体发育的遗传程序中的关键事件之一，对生物的许多特性起着决定性作用。家蚕E群突变基因位于第6染色体，已研究记录多达30余个突变，是家蚕中成员最多的拟等位基因群，表现为环节畸形、附肢和斑纹增减或异位、胚胎致死、生殖器官畸形等遗传性状，是研究躯体发育模式的宝贵材料。本项目基于家蚕全基因组精细图、家蚕重测序数据、家蚕分子连锁图等信息，利用家蚕突变资源中保存的与躯体发育密切相关的E群突变, 通过定位克隆等策略分离获得其功能基因，探索它们在家蚕躯体模式建立过程中的分子调控机制。家蚕是重要的经济昆虫和实验动物，是农林害虫主要类群鳞翅目的典型模式，本研究对于在理论上深入理解家蚕乃至其他昆虫及动物躯体模式建立的分子调控机制，以及最终实现遗传操作，有着重要的科学意义和实践价值。

动物躯体模式的建立是生物学研究的重要内容。家蚕作为重要的经济昆虫和实验动物，尤其是农林害虫主要类群鳞翅目的模式，阐明其躯体模式建立的分子机制是一项意义重大的研究。本项目以家蚕躯体发育突变——E群突变作为主要研究材料，利用定位克隆技术获得导致其性状的基因，并研究候选基因的功能，阐明其在家蚕躯体模式建立过程中的作用，取得了突破性研究成果及进展。主要包括：（1）克隆了家蚕胸节新突变体楔形眼纹（Wedge eye-spot, Wes）的功能基因BmAntp，并阐明了在家蚕中Antp基因不仅能够调控胸部的分节，同时在胸足形成中也起着重要作用，该成果发表在国际著名杂志《Heredity》上；（2）完成了家蚕“过剩半月纹过剩肢”（ECs-l）突变的定位克隆研究，鉴定了一个位于基因间区能够调控abd-A基因表达的区域，进一步说明了Bmabd-A在腹肢发育过程中是必需的，该成果发表在国际著名昆虫学期刊《Insect Molecular Biology》上；（3）完成了家蚕“姬过剩肢”突变（E）的定位克隆研究，确定Bmabd-A基因为其候选基因，并在突变体中发现了Bmabd-A的两种新剪接体，为研究其功能提供了重要线索（已投稿）；（4）完成了家蚕“过剩半月纹退化腹足”突变(Edl)的定位研究，初步表明Bmabd-A基因是导致Edl突变的候选基因，该研究部分成果发表于《蚕业科学》上；（5）完成了家蚕“三重半月纹”突变（ETc）的分子定位，将其候选基因锁定为Bmabd-A（硕士学位论文）；（6）完成了家蚕“Kh过剩半月纹”突变（EKh）的分子定位研究，初步确定其候选基因为家蚕Ubx与abd-A基因，结果表明BmUbx能够抑制家蚕第1腹节及第2腹节上腹肢的生长，而abd-A基因是腹足生长所必需的。同时，项目组研究了家蚕一个类E群突变“无胸脚”的分子机制，确定一个C2H2型的转录因子ob为其候选基因，研究发现该基因参与包括对Hox基因精确表达等的调控，造成胸脚、翅等多方面的发育缺陷，是鳞翅目害虫防治的潜在的分子靶标。上述研究结果表明，Hox基因簇不同成员在家蚕躯体模式建立中扮演着重要角色。本项目通过对家蚕E群或类E群突变分子机制的解析，鉴定家蚕躯体模式决定的关键基因，并阐明其作用及调控方式，其成果为促进人们对鳞翅目昆虫躯体模式建立机制的认识和建立害虫生态防治新策略提供了重要理论参考。