2012CB114600 家蚕关键品质性状分子解析及分子育种基础研究 - 图(3)

的性状分子解析与产业应用新阶段。

（2）定位克隆至少25个以上的重要突变基因，通过功能验证和机理解析揭示新的信号通路或调控途经。

（3）深入研究至少25个与丝产量品质、变态发育激素调节、成虫组织干细胞发育分化和抗病性密切相关的调控基因，获取15个左右的关键顺式作用元件，取得基因专利40项。

（4）创制15个以上的高产、优质、强健新型遗传素材，培育2个标志性新蚕品种。

（5）出版学术专著3部，在国内外核心刊物发表论文300篇，其中有重要影响的论文50篇以上，并发表3～5篇有重要理论突破的高水平研究论文；培养和造就一批中青年学术带头人和不同层次的科技新人，其中包括硕士研究生200名、博士研究生100名和博士后15名。

三、研究方案

1．学术思路

利用家蚕全基因组序列和高精度遗传变异图谱，通过家蚕基因定位克隆、基因敲除和敲入，转基因及RNA干扰等现代分子生物学技术，以家蚕丝蛋白合成、变态发育激素调节、组织器官形成的干细胞基础以及分子免疫为目标，系统深入研究关键基因的调控方式和信号传导，解析关键品质性状的分子机理；利用GAL4/UAS系统在特定组织特定时间解析特定基因的功能和调控；利用锌指核酸酶等技术实现家蚕基因组的定向编辑，研究建立家蚕分子育种理论和技术；通过对关键分子靶标的遗传操作实现品质性状的分子改造、素材创新和品种育成，奠定产业实际应用的基础。同时，使家蚕作为鳞翅目模式昆虫的研究提升到一个新的台阶。

2．技术途径

项目总体采用三条主要技术路线：一是精细图谱—变异图谱—基因定位，二是基因功能—调控机理—性状形成，三是关键基因—素材创新—产业应用。具体如下：

（1）精细图谱—变异图谱—基因定位

基于家蚕重测序建立的高精度变异图谱，筛选有效的SNPs定位标记；制作突变材料作图群体（BF1或F2），利用经典连锁信息和精细图谱，确定多态型标记；对群体进行分子标记和性状之间的连锁分析，逐步缩短性状连锁区间至最小范围；利用精细图谱确定所在区间候选基因，通过表达分析、突变位点分析基因功能确定突变基因。

（2）基因功能—调控机理—性状形成

针对不同基因，设计不同技术路线研究基因调控机理：丝蛋白编码基因主要通过生物信息分析筛选候选顺式作用元件，利用DNA—蛋白质结合技术鉴定顺式作用元件和转录调控因子，进而探索转录调控与激素信号等通路之间的联系；激素与发育相关基因将主要通过转基因和RNAi等技术，对目标基因进行功能研究和调控分析，以及通过组织和细胞分离与离体转化和培养技术对基因表达调节和功能在分子、细胞、器官和个体水平上进行研究；干细胞发育分化相关基因主要通过荧光示踪鉴定特定组织的干细胞和寻找干细胞发育和分化的关键节点，结合基因芯片、基因诱捕、生物信息学等技术手段，建立成虫组织干细胞的分化调控网络；免疫相关基因主要通过Pull-down等鉴定与病原物结合的蛋白，通过基因在细胞或者个体表达调控研究对下游信号通路、抗菌效应因子和病原诱导存活率的影响。

（3）关键基因—素材创新—产业应用

根据家蚕分子育种理论和设计，以piggyBac为载体，实现有用基因的正向改良（新功能获得或加强），利用转基因RNAi或者锌指核酸酶技术，实现基因功能的反向改良（削弱或者彻底丧失功能），利用转基因技术和GAL4/UAS遗传开关，实现对多个基因同时操作，实现优良性状整合，创制新型素材；通过经典育种程序，选择稳定的品系，育成高产优质品种。

总体技术路线如下：

3．创新点与特色

（1）重要品质性状关键基因作用机理及其调控网络的系统性解析

重点抓住蚕产量和品质关键，通过丝编码基因调控机理、变态发育激素调控、成虫组织干细胞发育分化和免疫与抗性四个密切相关的课题，系统并深入解析家蚕重要品质形成的关键基因和调控网络。因此，从整体上讲，本项目是在完整基因组生物信息学基础上，将首次实现生物信息学、基因组学和功能基因组学等大规模分析平台与分子生物学、发育生物学和遗传学等分析方法的有机结合，高起

点、高通量、高效率地解剖决定重要品质性状的关键途径的机理，将系统地揭示家蚕特有的和区别于其它昆虫、动物和植物的基因作用方式。

（2）突破分子育种理论和技术关键

其它昆虫（主要是害虫）的基础研究主要以控制和防治为目的，而本项目的主要目标集中于有效利用，具有特殊性。项目将率先建立家蚕分子育种理论和技术体系，实现素材创新和育种。与蚕丝产业技术传统研究相比，具有理论上的先进性、技术方法的现代性和研究方案的高效性，将突破传统育种无法逾越的障碍，推动蚕丝业技术革命并奠定长远可持续发展基础。

（3）推动家蚕作为昆虫研究模式的发展

项目所重点涉及的家蚕丝蛋白合成、发育变态激素调节、成虫组织干细胞发育分化和免疫抗性的分子机理研究等内容，在理论上属于昆虫科学前沿性重大科学问题。另一方面，与小鼠、线虫、果蝇、斑马鱼、拟南芥等其它模式生物相比，现代昆虫学研究还缺乏一种重要的模式昆虫，其主要障碍之一是缺乏有效的、专一的、定向的和可控的基因敲除与敲进等遗传操控技术体系。通过本项目将回答昆虫学前沿科学问题的同时，建立家蚕有效的遗传操控技术体系，突破家蚕昆虫模式化道路中的关键瓶颈，有力推动家蚕这一“中国果蝇”基础研究的快速发展。

4．可行性分析

项目承担单位近年来共完成家蚕相关研究项目70余项，包括1项“973”项目、10项“863”项目、15项“九·五”和“十·五”重大科技攻关项目、4项国家自然科学基金重点项目和40余个面上项目，完成了项目的基础积累。特别是“十一·五”期间认真执行“973”家蚕项目，至少在三个方面奠定了本项目的重要基础：一是集中了全国优势力量，形成紧密的分工协作研究框架，通过引进和培养形成了一支强