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科学家揭示家蚕驯化和改良历史

2018-07-11 11:08 生物学 家蚕 驯化 改良

  动植物的驯化在人类的发展历史中发挥了重要的作用。家蚕是我国重要的经济昆虫,也是目前唯一被人类完全驯化的无脊椎动物。以蚕丝贸易为代表开辟的古老丝绸之路,更是孕育了早期的东西方文明的交流与传播。尽管前期研究已经表明家蚕驯化起源于中国,并源自单一的驯化事件,但受限于品种选择和测序深度,家蚕各品系的详细驯化历程和传播历史仍不清楚。

  7月2日,中国科学院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所詹帅研究组与华南师范大学、中科院昆明动物研究所、江苏科技大学/农科院蚕业研究所、西北工业大学等单位合作完成的家蚕品系大规模重测序和群体遗传学分析工作发表在《自然-生态学与进化》(Nature Ecology & Evolution)上。研究人员根据家蚕种质资源和区系系统,选取了137个代表性的家蚕地方和改良品种——涵盖了不同的地域、化性、眠性等主要种质特征;通过高通量重测序和群体遗传学分析等手段,较为精细地重构了从驯化到改良的家蚕品系演化历史。

  研究人员发现:在现存各家蚕品系中,中国的三眠地方品种分歧相对更早;以三眠地方品种为基础,家蚕品系开始大规模分化,包括进一步被驯化成的中国四眠地方品种,以及同期传播至欧洲、南亚等地区的欧系品种和热带多化品种。目前蚕桑生产所用的改良品系主要分为中系改良种和日系改良种,研究人员发现中国和日本的改良品种是两次独立的改良过程:中国改良种基于中国四眠地方品种,而日本改良种更多地利用了引进的欧洲地方品种。根据所揭示的家蚕驯化历史,研究人员还进一步鉴定到在家蚕驯化和改良过程中受到强烈选择的基因和代谢通路:特别是氨基酸代谢通路的富集最为明显,由此推测家蚕氨基酸代谢在调控水平发生的变异可能促进了家蚕茧质性状的显著提升;同时,家蚕的节律行为虽然不明显,但几个关键的生物钟基因在家蚕的驯化过程中也受到了较为强烈的选择,这可能与家蚕在大规模饲养过程中所必需的一致性行为相关。该研究获得的数据还可应用于基因拷贝数变异和全基因组关联分析等工作,为快速识别突变体基因提供了强力支撑。

  詹帅研究组长期从事昆虫基因组进化和群体遗传学研究工作,在该项目中设计并完成了主要的分析和数据挖掘工作。华南师范大学教授相辉、植生生态所博士研究生刘晓静、江苏科技大学蚕业研究所研究员李木旺为该研究论文的共同第一作者;植生生态所研究员詹帅、昆明动物所研究员王文、江苏科技大学蚕业研究所研究员徐安英为共同通讯作者。该工作得到科技部、国家自然科学基金、中科院等的资助和支持。

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