蠶“姑娘”終于有了完整的基因組序列

西南大學資源昆蟲高效養殖與利用全國重點實驗室教授代方銀團隊首次獲得了家蠶W染色體完整基因組序列，并揭示鱗翅目昆蟲W染色體起源與進化的新機制。日前，相關研究成果在線發表于《科學進展》。

雌蠶。課題組供圖

雄蠶。課題組供圖

在昆蟲中，性染色體組成以XX/XY系統為主，而鱗翅目昆蟲性染色體組成與大部分昆蟲不同，其性染色以ZZ/ZW系統為主，其中雄性為ZZ，雌性為ZW。最近20年來，家蠶性別決定分子機制研究一直是熱點問題，但總體上家蠶性別決定機制仍未被清晰解析，這與家蠶W染色體序列信息的缺乏不無關系。

“不是科學家們‘重男輕女’，而是蠶‘姑娘’的W染色體序列解析太難。”論文第一作者、西南大學副教授韓民錦說，本研究應用二代短讀長、三代長讀長和Hi-C測序技術組裝獲得家蠶雌性個體的染色體級別基因組，并基于染色體熵值的算法開發了鑒定富含重復序列W染色體的工具，獲得了長度約10.1 Mb的家蠶W染色體序列。

通過對W染色體注釋，他們發現，家蠶W染色體的重復序列約占其總序列的87%；家蠶W染色體含有137個Fem拷貝，并且這些Fem拷貝主要以串聯重復形式排布，這解釋了為什么通過基因組敲除Fem無法完全實現雌性向雄性轉變，因為基因組操作很難將W染色體上數目眾多的Fem拷貝完全敲除。

“本研究在家蠶W染色體上鑒定到76個蛋白編碼基因，其中11個基因屬于W染色體特有，這些基因大部分在家蠶早期胚胎相對高表達。”論文通訊作者、西南大學教授代方銀說，這些發現對系統解析家蠶性別決定機制以及基于W染色體的分子育種具有重要的指導意義。

韓民錦指出，這項研究通過比較21個鱗翅目昆蟲和3個毛翅目昆蟲基因組，發現鱗翅目W染色體通過多種機制產生，包括先前推測的非經典模型、經典模型下的Z-常染色體融合機制和本研究新提出的單個Z染色體轉換機制。

這項研究發現的17個ZW系統中，有3個物種的W染色體形成涉及單個Z染色體轉換機制，該機制認為祖先ZO/ZZ性染色體系統中的雄性包含一對ZZ性染色體，在進化過程中其中一條Z染色體獲得了雌性性別決定因子，進而導致該Z染色體轉變成W染色體。

相關論文信息：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adm9851