家蠶育種過程中近交衰退現象的表觀遺傳學調控機制

《家蠶育種過程中近交衰退現象的表觀遺傳學調控機制》是依託華南師範大學，由相輝擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：家蠶育種過程中近交衰退現象的表觀遺傳學調控機制
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：相輝
• 依託單位：華南師範大學

項目摘要

近交衰退在動植物中普遍存在，是進化生物學領域的一個基礎和核心的科學問題。關於近交衰退機制，幾乎所有的研究結果都將它歸結為基於DNA序列變化的遺傳學機制。實際上，近交衰退中還有很多現象用遺傳學改變不能解釋。近幾年來興起和飛速發展的表觀遺傳學，讓我們有機會從這個全新的角度理解近交衰退機制。家養動植物是理想材料，由於在品種培育中不斷近交繁殖而呈現近交衰退現象。得益於家蠶種質材料的優勢，我們能夠建立研究近交衰退和其對應的雜交優勢現象的材料模型。本項目正是計畫以家蠶代表性品系不同近交程度親本及其與另一親本雜交後F1代為材料，系統比較甲基化組和轉錄組，揭示近交衰退和對應的雜交優勢過程中基因組DNA甲基化格局及基因表達格局的差異，發掘一批可能與近交衰退和對應的雜交優勢現象相關，同時受表觀遺傳學調控的基因，進而從表觀遺傳學新視角，開闢一條理解近交衰退的新途徑。

結題摘要

本項目主要研究家蠶近交衰退和雜交優勢的表觀遺傳組學機制。項目實施過程中，我們根據實際情況對項目研究方案進行調整，著眼於雜種優勢機制的探討。研究發現，相對於近交後代，雜交優勢後代在超親性表達格局，尤其是超親低表達的基因顯著增加，這些基因富集在DNA複製以及細胞周期等過程。暗示雜交優勢形成過程，該類基因調控機制可能具有重要作用。有趣的是，轉錄組分析發現TCA循環重要酶類也呈現超親低表達。上述研究提示雜交優勢的形成可能抑制細胞分化與碳水化合物代謝，而主要集中在蛋白質合成上。由於雜交優勢是近代育種的重要手段，本項目拓展至家蠶-野蠶地方品種、家蠶改良品種的絲腺比較轉錄組以及基因組分析。研究結果顯示蛋白質合成相關在改良品種中高表達，胺基酸合成通路在馴化和改良過程受到人工選擇。有趣的是，研究發現TCA循環通路基因在日系改良品種顯著下降而中系不明顯，提示節約碳水化合物合成進而促進繭絲蛋白的合成可能是繭絲量提升的一種機制，並且該通路可能與雜交優勢的形成有重要關係。最後，本項目利用CRISPR/Cas9系統得到家蠶薄繭突變體，為後續深入的功能研究及家蠶的遺傳改造提供素材。