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    家蚕起源研究的接棒人

    【来源:     日期:2020/03/25    浏览量:  】【打印本页】 【关闭

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    刘彦群,博士,教授,博士生导师。校优秀硕士研究生导师,省“百千万人才工程”百人层次。

    专注于野蚕(Non-mulberry silkworms)生物学研究。组建了国内外唯一专注于从事柞蚕生物学基础研究的团队。研究方向有二:一是利用基因组学技术和分子系统学手段,开展野蚕/饲料植物的系统发育与群体基因组学研究,为种质资源的保存和高效利用奠定理论基础;二是利用转录组学与代谢组学等手段,开展柞蚕特异性状的遗传与基因解析,重点关注柞蚕蛹滞育、幼虫体色、营养组分等的形成机理,为优良品种的选育提供基因资源。

    养蚕缫丝是中华民族对人类文明的重大贡献之一。家蚕野生祖先来源和起源地是家蚕起源与进化研究中最基本的科学问题,也是养蚕学上一个重大的基础科学问题。早在1833年,印度学者Hutton就提出了家蚕的起源问题。经过近200年国内外诸多学者的不懈探索,家蚕的野生祖先是中国野桑蚕和家蚕起源于中国均已在学界达成共识,但较为确切的起源地仍是一个待解之谜。图1是总结的家蚕起源上研究的重要发现,所示2018年的重大发现是我们团队的研究工作。

    图1 家蚕起源研究上的重要事件(?表示有待于进一步确证)

    线粒体基因组研究首次发现中国野桑蚕的南北方群体存在明显的遗传分化

    通过对现有的野桑蚕和家蚕的线粒体基因组序列(14个中国野桑蚕、2个日本野桑蚕、39个来自世界各地的家蚕品种)的分析,我们发现这些序列可以划分成遗传上明显不同的4个单倍型类群(mtDNA世系),分别命名为家蚕、中国北方野桑蚕、中国南方野桑蚕和日本野桑蚕(图2)。中国野桑蚕的北方群体(辽宁沈阳和山东青州)和南方群体(其余12个样本)存在明显的地理分化。

    图2 代表性家蚕与野桑蚕线粒体基因组的序列比对结果。(A)部分编码区的变异位点。编码区共鉴定了667个变异位点。(B)部分非编码区序列的比对结果。四个单倍型类群(mtDNA世系)的代表性序列分别来自家蚕(Bm_C108、Bm_Xiafang)、中国北方野桑蚕(Bman_Shenyang、Bman_Shandong)、中国南方野桑蚕(Bman_Ankang1、Bman_Suzhou)和日本野桑蚕(Bman_Tsukuba、Bman_Hokkaido)。

    进化分析首次揭示家蚕的野生祖先是中国北方野桑蚕

    基于线粒体基因组全序列构建的进化树中,所有序列非常清晰的聚为4个分支,分别对应家蚕、中国北方野桑蚕、中国南方野桑蚕和日本野桑蚕(图3)。39个来自世界各地的家蚕品种聚在同一个分支,支持家蚕的单起源观点。家蚕与中国北方野桑蚕的关系最近,说明家蚕的野生祖先是中国北方野桑蚕。没有任意一个家蚕样本与中国南方野桑蚕聚在一起,基本上排除了家蚕起源于中国南方地区的可能,说明中国南方野桑蚕很可能对家蚕没有贡献。

    图3中国野桑蚕与家蚕的进化关系。(A)线粒体基因组证据揭示了中国野桑蚕的北方种群和南方种群存在明显的地理分化。左图为取样点的地理位置,右图为基于线粒体基因组序列构建的进化树。(B)中国野桑蚕与家蚕的进化关系模型。家蚕的直接野生祖先来自中国北方野桑蚕。

    正在进行的研究工作

    上述研究结果虽然受限于较小的中国野桑蚕样本数据(2个北方地区的样本、12个南方地区的样本),但这些新发现为解决家蚕的直接母系野生祖先和起源地问题提供了一个全新的思路。

    我们正在广泛收集中国野桑蚕样本和增加家蚕地方品种样本,采用线粒体基因组扫描和大样本策略,系统查明中国野桑蚕的群体遗传结构和地理分化;结合家蚕地方品种的数据,基于系统发育分析,确定家蚕的直接母系野生祖先来个哪个群体;基于种群基因组学分析,结合养蚕历史考察,明确家蚕确切的起源地。

    基于CytB基因序列(北方7省11个种群的样本和南方5省12个种群的样本)的数据已经基本可以证明,秦岭—淮河是中国野桑蚕北方和南方群体的分界线,且二者已经形成了显著的地理遗传结构(待发表数据)。

    上述研究成果已经发表于International Journal of Biological Macromolecules [2019,131:176–183]、Mitochondrial DNA Part B: Resources [2019, 4(1):991–992]、蚕业科学[2018,44(3):1–6]。该项目获得国家自然科学基金(2020~2023)的资助。