我科學家繪就世界首張家蠶超級泛基因組圖譜

◎本報記者 雍 黎

家蠶基因組研究有了“數字字典”。10月9日，西南大學發佈消息，家蠶基因組生物學國家重點實驗室團隊完成家蠶大規模種質資源基因組解析，在全球首次繪就家蠶超級泛基因組圖譜，並率先創建“數字家蠶”基因庫，讓蠶學科邁入信息化時代，開啓了我國家蠶基因設計育種之門。這一成果已於近日在《自然·通訊》在線發表。

歷時四年解析“千蠶基因組”

家蠶是重要的經濟昆蟲和新興模式生物，但之前僅有單一參考基因組及部分重測序，尚不足以支撐基因組變異和優良基因的深度挖掘，尤其對於分子育種具有顯著侷限。因此家蠶種質資源基因組數字化，構建家蠶超級泛基因組圖譜尤為重要。

家蠶基因組生物學國家重點實驗室主任、國家蠶桑產業技術體系首席科學家代方銀教授團隊歷時4年對1078份蠶種質資源進行了深度測序，在全球首次繪就家蠶超級泛基因組圖譜。

“這1078份蠶種質資源覆蓋了世界‘絲綢之路’各主要蠶區，涵蓋全世界家蠶代表性種質資源的90%以上，樣本規模大，覆蓋範圍廣。”代方銀教授介紹，這個“千蠶基因組”中，包括47個野桑蠶、205個家蠶地方種、194個實用種和632個突變體。

基因組是生物體的所有遺傳物質的總和，泛基因組是指一個物種內所有基因組信息的總和，它比單一參考基因組涵蓋了更多的遺傳多樣性。2003年西南大學繪製完成家蠶基因組框架圖以來，科學界不斷在對家蠶基因組進行測序研究，希望繪製出更全更具深度的“精細圖”。但此前的家蠶羣體基因組學研究樣本數目都只有幾十個或100多個，且都是基於二代測序技術，測序讀長短，樣本少，獲得的信息有限。隨着三代測序技術的成熟，泛基因組研究得以實現。

本項目的測序樣本數超過了1000份，對其中545份代表性資源進行了三代測序，組裝了545個蠶的高質量基因組，獲得了最廣泛的家蠶遺傳變異信息。該超級泛基因組囊括了目前最全面的家蠶和野桑蠶基因組信息，是迄今全球動植物中最大的長讀長泛基因組，也是最高質量的家蠶基因組圖譜。

“數字家蠶”基因庫有助設計育種

以前鑑定特定性狀的基因或其因果變異猶如“大海撈針”，現在可謂“甕中捉鱉”，因為超級泛基因組為此提供了“精細網格化”的“座標”指導，對於行家裏手來説像是“查字典”。發佈會上，中國工程院院士向仲懷這樣形容這一超級泛基因組的作用。

“沒有現在的‘泛基因組’之前，我們要完成一個性狀基因的研究可能需要3到5年，而現在可能在短短的幾天、幾個月以內就能完成。”國家蠶桑產業技術體系崗位科學家、西南大學家蠶基因組生物學國家重點實驗室教授童曉玲解釋，真核生物基因組由ATCG四種鹼基組成，類似於計算機的二進制編碼，通過有機的排列組合存儲了物種的所有可遺傳的性狀或表型的遺傳信息。家蠶超級泛基因組圖譜是涵蓋了蠶的所有遺傳信息的一張圖，通過這張圖可以直接對接表型和基因組密碼。

傳統育種是通過對錶型的選擇來實現優良基因聚集，選擇效率較低，且週期較長。隨着基因組時代的到來，分子育種技術成為破解這一瓶頸的鑰匙。泛基因組的完成可以極大提升育種優良基因的挖掘效率，在此基礎上，就可根據育種目標，結合基因組選擇、基因編輯、合成生物學等分子育種手段，實現設計育種。

“家蠶超級泛基因組的完成將突破其育種瓶頸，開啓分子育種的新紀元。”向仲懷院士表示，這是百年來家蠶研究最大的成果，讓蠶學科跨入了信息化時代，開啓了家蠶功能基因組研究和分子育種研究的新篇章，是科學技術支持振興蠶絲業的新起點。