2012CB114600 家蚕关键品质性状分子解析及分子育种基础研究 - 图(2)

途径中的Imd、FADD、IKK和relish等关键基因进行了深入研究。作为免疫应答的前哨，昆虫病原模式识别受体是激发免疫信号传导通路和效应因子产生的关键。昆虫对不同的病原物具有高度特异的模式识别，剖析昆虫病原物的模式识别，也是阐明和提高家蚕抗病性的重要靶标。在前期项目系统鉴定信号传导和免疫应答体系的基础上，本期项目将重点研究家蚕对不同专有性病原微生物的模式识别分子，以及它们在启动免疫信号通路中的具体功能，以期阐明家蚕重要病害形成的机制，寻求新的防御措施。

丝蛋白合成的分子调控作为昆虫特异基因调控的研究模式，对昆虫发育和分子生物学的基础研究将提供重要补充作用；激素信号与变态发育调控、干细胞与变态发育的组织器官再生机理，以及免疫分子机制，更是昆虫基础科学研究的前沿和热点。因此，这几个方面的科学问题相互联系，不但作为家蚕关键品质性状对蚕丝业生产举足轻重，而且也作为昆虫基础科学的重要领域，对整个昆虫学研究发展和害虫防治新策略的产生都具有十分重要的意义。

第二：家蚕分子育种理论基础与技术体系

在“十一·五”家蚕“973”项目的支持下，许多与重要经济性状相关功能基因得到鉴定，遗传素材创新基础平台建设也已经初具规模。系统研究家蚕分子育种的理论体系，并建立相应的技术平台，培育高产优化的家蚕品系，成为下一个五年计划必需解决的重点问题。

家蚕分子育种理论体系亟需着重解决分子改良靶标和实现思路。家蚕自野蚕经人工选择和驯化而来，与野蚕祖先相比，家蚕的产丝性能提高近10倍。1930年代开始利用一代杂种优势，蚕丝产量比饲养纯种又提高了近20％。自此，家蚕生产能力达到了一个难以逾越的高峰，使得其后近80年间未见革命性突破。

与其它植物或动物生产一样，家蚕品种也正处于分子改良甚至系统分子育种的前夜，新的突破机遇需要坚实的理论基础。现有遗传资源中本身就存在着大量发育、变态和抗性突变系。如前所述的三个关键性状中，家蚕激素调节与免疫性状实现分子育种的靶标位点相对较多，而蚕丝蛋白合成调节的靶标位点相对较少。初步研究成果表明，通过调节丝腺发育和丝蛋白编码基因转录，可能是实现丝产量和品质改良的有效途经。本期项目将以前述家蚕几个关键品质性状的分子解析为基础，建立家蚕分子育种的基本思路和策略，为家蚕品种的分子改良奠定坚实的理论基础。

家蚕分子育种技术体系着重解决遗传互作和基因敲除技术的建立。从基因层面讲，分子育种无外乎有两个技术途经：一是已有基因功能的加强甚至新功能的导入；二是已有基因功能的减弱甚至彻底丧失。通过前期项目研究，建立了比较稳定和有效的家蚕转基因技术体系，以及系统RNAi、GAL4/UAS转基因等分子遗传操作方法。但是，从家蚕分子育种的技术储备和现实要求而言，还丞需建立和完善遗传互作和基因敲除等关键技术。为此，本期项目将着重解决：克隆不同发育时期和组织器官的特异启动子或顺式作用元件，建立多个GAL4转基因系，以实现目的基因的时空特异转录调控；利用UAS使目的基因功能加强或获得新功能，并整合RNAi使目的基因功能消弱或丧失；研究建立2个UAS元件控制2个基因的遗传操控及其互作：2个基因同时获得功能、2个基因同时丧失功能、1个基因获得功能而另1个基因丧失功能；结合GAL4/UAS转基因和FRT-FLP mosaic技术，建立Flp-out mosaic方法，分析在任一组织、任一发育时期基因获得功能或丧失功能的细胞与外周野生型细胞的差异。家蚕中至今尚未实现基因的有效定向敲除（knock out）和敲入（knock in），本期项目将通过锌指核酸酶等方

法建立家蚕基因定向敲除和敲入技术，通过对分子靶标的操控实现家蚕基因组的有效和定向编辑，为家蚕关键品质性状基因功能研究和分子改良与素材创新搭建关键技术平台。

2．主要研究内容

围绕以上两个关键科学问题，计划从三个方面开展研究： （1）家蚕重要功能基因的定位克隆

前期项目已经建立了家蚕突变基因定位克隆平台技术，以此为基础，本期将重点围绕家蚕丝品质、变态发育和抗性性状，定位克隆研究重要的突变基因，在布局上将分解到三个品质性状相关的课题开展研究。开展此研究的主要目的在于保持前沿探索，不断推动家蚕功能基因组研究的长期和可持续发展。

（2）家蚕关键品质性状的分子解析

从基因层面解析家蚕丝蛋白合成、激素调控与变态发育、干细胞分化与组织器官形成以及分子免疫的分子机制，是本项目的核心和重点之一。因此在布局上，三个关键性状以及干细胞分化与组织器官形成均单独列为课题开展研究。丝蛋白合成研究将围绕家蚕丝素重链基因（fib-H）、轻链基因（fib-L）、丝胶基因（Ser1~3）和P25等蚕丝主要结构蛋白编码基因的转录调控机理展开，重点研究包括丝腺细胞发育与功能分化，丝蛋白编码基因表达与激素信号的相互关系，丝纤维主要组成蛋白晶体结构解析，各组成蛋白数量和结构与丝纤维加工工艺性状之间的关系等内容。家蚕发育激素调控研究将围绕激素信号传导体系展开，重点包括激素结合蛋白或受体及信号传导途径关键转录因子的克隆和功能研究，蜕皮激素和保幼激素信号传导途径关键调控因子的相互作用，昆虫激素与营养调节的关系，以及激素调节与家蚕旧组织退化和新组织形成之间的关系等内容。干细胞与家蚕变态

发育的组织器官再生机理重点围绕家蚕变态发育中成虫组织器官形成的干细胞基础展开，重点包括家蚕变态发育中特定组织干细胞的鉴定，组织器官发生或重建中干细胞的自我维持与分化行为，干细胞分化发育与相关组织器官的分子调控机制等内容。家蚕分子免疫研究将围绕家蚕对专有病原微生物的分子识别展开，包括家蚕对主要病原微生物侵染的反应及病原识别因子的鉴定，免疫应答及抗微生物肽表达调控，主要病原微生物与宿主的互作，以及抗病和抗逆的分子基础等内容。

（3）家蚕分子育种理论基础与技术体系研究

家蚕分子育种理论基础与技术体系建立是整个项目的终极目标和指引方向，在布局上列为两个课题开展研究。理论基础围绕家蚕分子改良的分子靶标和实现途径开展研究，重点包括丝蛋白编码基因上调表达研究，丝腺组织发育分子调控以及与对产丝量的影响，家蚕激素信号传导对丝蛋白合成的影响，家蚕分子免疫信号调控与疾病抵抗性的调节等主要内容，整体上要求明确关键品质性状人为调节的可能环节和关键因子，形成家蚕分子育种的理论体系。分子育种技术体系围绕家蚕分子遗传操作体系和基因定向敲除技术开展工作，重点包括利用GAL4/UAS双开关实现目的基因的时空特异调控，研究2个基因的同步调控及其遗传互作，建立Flp-out mosaic技术并分析突变体细胞和野生型细胞的差异，利用锌指核酸酶等技术实现家蚕基因的定向敲除和基因替换，家蚕基因敲除与转基因技术的整合和遗传调控等内容。整体上要求实现可人为干预任何一个靶标基因功能的分子育种平台。该两个课题还将利用整个项目产出的基础研究成果，创新家蚕遗传素材，培育新型高产优质和满足特殊需求的新品种，推动蚕丝产业整体技术水平和综合效益的大幅度提升，为国民经济建设和蚕农增收服务。

二、预期目标

1．总体目标

根据国家蚕丝产业发展重大需求和蚕业科学发展长远需要，以“十一·五”家蚕―“973”项目研究为基础，“十二·五”期间总体目标是：1）充分挖掘利用家蚕全基因组生物信息学资源和突变资源，围绕关键品质性状 …… 此处隐藏：2053字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……