2012CB114600 家蚕关键品质性状分子解析及分子育种基础研究 - 图(5)

“大造”的4倍。在果蝇中，Fkh和sage分别协调控制丝胶基因SG1和SG2的转录，它们在丝胶蛋白的合成和分泌中起着重要的作用。本期项目将重点探讨这些候选基因在蚕丝产量和品质形成中的重要作用，综合上述各方面的研究成果，探索家蚕较之野蚕产丝能力和丝品质差异的主要分子机制。

五年预期目标：

（1）丝腺突变基因的定位克隆。定位克隆至少9个与丝腺突变相关基因，完成包括这些基因在内的9个与丝产量和丝品质密切相关的调控基因的功能研究，解析突变性状产生的分子机理，揭示家蚕丝蛋白合成调控中的信号通路及其与蚕丝产量和品质形成的关系。

（2）阐明家蚕丝蛋白合成时空特异性的分子机制。包括家蚕丝蛋白合成空间特异性和时期特异性的分子机制，以及不同丝纤维蛋白组分协同调控性对产丝量的影响；获取5个左右的关键顺式作用元件，并探索通过转录因子或顺式作用元件的改造，提高丝产量或改变蚕丝组分。

（3）阐明家蚕丝产量和丝品质形成机理。对主要产量性状主效QTL进行精细定位，克隆获得主要基因或者调控区域，探明这些基因或调控序列对家蚕产丝量的影响和作用机制；解析丝素重链H、丝素轻链L和P25的晶体结构，探明丝蛋白空间结构与物理、化学特性以及与蚕丝加工工艺性状之间的关系；分析与产丝性状相关的蛋白质编码基因在蚕丝产量和品质形成中的重要作用，探明家蚕较之野蚕产丝能力和丝品质差异的主要分子机制。总体上阐明决定家蚕产丝量和蚕丝主要工艺性状形成的分子机理，探索通过改变蚕丝蛋白编码基因或蛋白质组分，改进蚕丝工艺缺陷，开发新功能的可能途经，为进一步的分子育种奠定理论基础。

（4）取得基因专利6项；出版专著1部，在国内外核心刊物发表论文55篇，其中有重要影响的论文10篇以上，发表1篇有重要理论突破的高水平研究论文。

（5）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35名、博士研究生15名和博士后2名。

经费比例： 17.32%

承担单位： 浙江大学、西南大学、安徽农业大学、中国科学技术大学 课题负责人： 钟伯雄

学术骨干： 缪云根、刘春、孟艳、李卫芳

课题2：家蚕激素和营养信号传导与变态发育调控研究

研究目的：重点研究家蚕变态发育的昆虫激素信号转导主要途径和关键调控分子的作用，揭示激素调控与营养代谢及其与器官退化和再生的关系，比较完整地建立关于家蚕变态发育的理论体系和机理模型以解释昆虫变态发育这个重大的科学问题，促进通过控制变态发育以提高家蚕蚕丝产量和质量的技术和策略的发展及应用，并为以变态发育相关基因和蛋白为分子靶点进行鳞翅目害虫的生物防治和研制新型杀虫剂的发展策略提供理论依据与技术指导。

研究内容：

（1）蜕皮激素和保幼激素协同调控家蚕变态发育的分子机制

幼虫蜕皮时，血淋巴中同时有高水平的蜕皮激素（20E）和保幼激素（JH）；而在幼虫-蛹变态时，血淋巴中只有高水平的蜕皮激素，而保幼激素水平较低。总体而言，蜕皮激素控制着昆虫的蜕皮与变态发育进程，而保幼激素控制着昆虫

发育的方向。所以，蜕皮激素和保幼激素信号传导途径及其分子互作是变态发育的核心问题。前期项目已经完成了家蚕变态发育期基因表达谱的全基因组芯片分析，并着重分析了家蚕20E和JH合成代谢途径相关的基因，以及20E和JH信号传导途径相关基因的功能。已克隆获得激素受体EcR-A、EcR-B和USP-1、USP-2和转录因子HR3、HR39、BR-C-Z4、βFTZ-F1、E75A、E75B、E75C等基因，并分析了这些基因在不同时期和组织中的表达情况，初步明确了这些基因表达的时空特征与20E的滴度变化以及与变态发育调控的关系。

本期项目将以家蚕丝腺、脂肪体、中肠和表皮为主要研究材料，阐明20E和JH的信号传导途径及其分子互作，这两种激素如何协同决定家蚕的变态发育。主要内容包括：1）比较家蚕蜕皮与变态过程的基因表达特征，鉴定差异表达基因并探究其与20E或JH应答关键因子作用的关系，阐释其在两种不同蜕皮与变态形式中的分子作用；2）基于家蚕眠性突变基因品系和家蚕分子标记（SNP或SSR）连锁图谱，通过定位克隆技术，对家蚕眠性突变材料与正常品种的回交群体及亲本进行分子标记连锁分析，锁定眠性突变区域，分离克隆眠性突变基因，详细分析其在眠性形成（幼虫蜕皮）中的功能；阐明咪唑类激素诱导家蚕眠性变化机制，明晰家蚕眠性变化过程中和二眠化后，20E和JH合成及作用相关的基因和蛋白表达谱变化规律；3）基于家蚕化性突变基因品系，分离克隆家蚕化性决定基因，探讨其与20E的作用关系及其在化性调节中的分子作用机理；4）对家蚕中眠性和化性突变体基因、JH和20E合成途径（如JHAMT）和信号传导途径（如MET）中的一些关键基因进行RNAi、基因敲除和转基因研究；5）家蚕JH和20E的信号传导和分子互作。发现MET与20E受体形成超级受体复合体，探究MET与EcR-USP的蛋白质-蛋白质相互作用，阐释MET如何参与JH和20E

信号、如何桥接JH和20E信号传导的分子互作；6）JH和20E信号传导途径中关键转录因子基因对家蚕丝腺发育和蚕丝产量的调控；7）研究调控蛹期专一表达的表皮蛋白基因的调控，如JH和20E两个激素信号系统对蛹期专一转录因子BR-C和其上游调控基因met、gce和Kr-h1等的调控；研究BR-C转录因子对其下游转录因子POUM2和

FTZ-F1的调控作用的分子机理；分离和鉴定与转录

因子POUM2结合的核蛋白，研究其在表皮蛋白基因专一表达调控中的作用。

（2）类胰岛素和营养信号传导途径与家蚕个体大小和产丝量关系的分子机理

昆虫个体大小主要由生长持续时间和生长速度两个因素所决定。蜕皮激素和保幼激素协同调控昆虫变态发育，并决定昆虫生长持续时间。而胰岛素和营养（氨基酸和葡萄糖）信号及其传导途径控制细胞分裂、长大、分化、死亡，并最终决定生长速度。这些激素和营养信号相互作用，最终共同决定个体大小。胰岛素激活Ras-MAPK和PI3K-Akt两条信号传导途径，激活TOR信号；同时，葡萄糖和氨基酸等营养信号提高ATP/AMP的比例，解除LKB-AMPK信号对TOR活性的抑制作用，最终促进细胞的生长和分裂。这样，在激素和营养两方面的共同作用下，影响了家蚕个体大小及产丝量。 我们的研究发现，家蚕的类胰岛素和营养信号对脂肪体器官重建的重要调控作用。类胰岛素信号传导途径中InR和IRS等大多数基因的表达水平在蜕皮和化蛹等非摄食时期显著上升。在蜕皮和化蛹时期，20E降低摄食而诱导饥饿产生，并诱导脂肪体中脂酶Brummer表达和促进脂肪降解。另外，在蜕皮和化蛹时期，20E和饥饿抑制类胰岛素信号（Akt磷酸化水平）和TOR活性（4EBP和S6K磷酸化水平），导致转录因子FOXO定位在细胞核内，并诱导InR、IRS和Brummer的表达。

本期项目将重点研究家蚕的丝腺、脂肪体、中肠和表皮等重要器官在蜕皮和变态发育过程中营养和能量分配过程及昆虫激素通过关键分子对这些过程的调控作用。主要内容包括：1）FOXO对InR和Brummer的转录调控；2）20E和JH与PI3K-TOR信号之间的分子互作，以及PI3K-TOR信号对家蚕变态发育和蚕丝产量的分子调控；3）激素和营养信号对脂肪体PCD的调控；4）转基因和基因敲除营养途径中关键因子以改变家蚕的变态发育和提高蚕丝的产量和质量，并阐明其分子机理。通过研究，整体上解决昆虫激素如何通过调节营养和能量分配来影响变态发育的问题。

（3）家蚕变态发育中幼虫组织退化与成虫器官形成 …… 此处隐藏：2156字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……