研究發現決定家蠶食性的主效基因
2020-12-01 中國科學院研究發現決定家蠶食性的主效基因
2019-03-01 分子植物科學卓越創新中心/植物生理生態研究所
語音播報
2月28日，國際學術期刊PLOS Biology 在線發表了中國科學院分子植物科學卓越創新中心/植物生理生態研究所譚安江研究組題為A determining factor for insect feeding preference in the silkworm, Bombyx mori 的研究論文。該研究首次報導了一個苦味受體基因可以決定家蠶的桑葉專食性。
栽桑養蠶在我國有著悠久的歷史，在傳統的蠶業生產上，栽桑和養蠶密不可分，桑葉是家蠶的唯一食物來源。為什麼家蠶只取食桑葉？這是一個長久以來沒有得到解答的科學問題。雖然有報導家蠶的一些突變體可部分取食其它植物葉片，但決定家蠶桑葉專食性的分子基礎及相關的基因一直沒有得到揭示和鑑定。
昆蟲的取食偏好和對食物的選擇具有高度多樣性，而植食性昆蟲的取食行為主要是由其化學感受體系（嗅覺和味覺）決定的。數量眾多的嗅覺受體和味覺受體基因在植食性昆蟲的宿主植物定位及可食性鑑別等過程中起重要作用。相對於嗅覺受體的研究，味覺受體的作用機理複雜，其研究相對滯後，目前功能得到鑑定的味覺受體數量也非常少。家蠶有76個味覺受體基因，作者根據前期的研究線索，針對位於三號染色體上的唯一味覺受體基因GR66開展了功能分析，並利用轉基因和CRISPR/Cas9等基因編輯手段獲得了其純合突變體。在正常飼養條件下，GR66突變體的生長發育沒有受到任何影響，但其食性發生了顯著變化。突變體家蠶幼蟲除了桑葉以外，還可以取食蘋果、梨、玉米、大豆、花生甚至麵包等多種野生型家蠶拒食的食物。在選擇性實驗中，突變體五齡幼蟲可以無差別地取食桑葉和其他食物，但野生型家蠶只會取食桑葉或含有桑葉成分的人工飼料。根據以上證據，研究人員推測GR66是家蠶針對非宿主植物的一個取食抑制因子，突變後其抑制作用消失，導致突變體可以無差別地取食桑葉及其它食物。該研究發現苦味受體基因GR66在家蠶食物選擇中起決定性作用，為昆蟲食性以及植物-昆蟲互作研究提供了新的視角。隨著現代農業的發展，由於土地資源的限制、季節性的影響以及人力成本的上升，桑葉的供應已成為制約規模化和工廠化養蠶的重要因素。該研究也為今後持續規模化養蠶的去桑葉化、大幅度降低人工飼料成本以及培育適合工廠化飼養的家蠶新品種奠定了堅實的理論基礎。
實驗過程中得到中科院動物研究所研究員王琛柱、浙江省農業科學院研究員牛寶龍和計東風、中國農業科學院蠶業研究所研究員李木旺的合作支持。該研究得到國家自然科學基金(U1738110, 31572330)的資助。
論文連結
研究發現決定家蠶食性的主效基因
2月28日，國際學術期刊PLOS Biology 在線發表了中國科學院分子植物科學卓越創新中心/植物生理生態研究所譚安江研究組題為A determining factor for insect feeding preference in the silkworm, Bombyx mori 的研究論文。該研究首次報導了一個苦味受體基因可以決定家蠶的桑葉專食性。
栽桑養蠶在我國有著悠久的歷史，在傳統的蠶業生產上，栽桑和養蠶密不可分，桑葉是家蠶的唯一食物來源。為什麼家蠶只取食桑葉？這是一個長久以來沒有得到解答的科學問題。雖然有報導家蠶的一些突變體可部分取食其它植物葉片，但決定家蠶桑葉專食性的分子基礎及相關的基因一直沒有得到揭示和鑑定。
昆蟲的取食偏好和對食物的選擇具有高度多樣性，而植食性昆蟲的取食行為主要是由其化學感受體系（嗅覺和味覺）決定的。數量眾多的嗅覺受體和味覺受體基因在植食性昆蟲的宿主植物定位及可食性鑑別等過程中起重要作用。相對於嗅覺受體的研究，味覺受體的作用機理複雜，其研究相對滯後，目前功能得到鑑定的味覺受體數量也非常少。家蠶有76個味覺受體基因，作者根據前期的研究線索，針對位於三號染色體上的唯一味覺受體基因GR66開展了功能分析，並利用轉基因和CRISPR/Cas9等基因編輯手段獲得了其純合突變體。在正常飼養條件下，GR66突變體的生長發育沒有受到任何影響，但其食性發生了顯著變化。突變體家蠶幼蟲除了桑葉以外，還可以取食蘋果、梨、玉米、大豆、花生甚至麵包等多種野生型家蠶拒食的食物。在選擇性實驗中，突變體五齡幼蟲可以無差別地取食桑葉和其他食物，但野生型家蠶只會取食桑葉或含有桑葉成分的人工飼料。根據以上證據，研究人員推測GR66是家蠶針對非宿主植物的一個取食抑制因子，突變後其抑制作用消失，導致突變體可以無差別地取食桑葉及其它食物。該研究發現苦味受體基因GR66在家蠶食物選擇中起決定性作用，為昆蟲食性以及植物-昆蟲互作研究提供了新的視角。隨著現代農業的發展，由於土地資源的限制、季節性的影響以及人力成本的上升，桑葉的供應已成為制約規模化和工廠化養蠶的重要因素。該研究也為今後持續規模化養蠶的去桑葉化、大幅度降低人工飼料成本以及培育適合工廠化飼養的家蠶新品種奠定了堅實的理論基礎。
實驗過程中得到中科院動物研究所研究員王琛柱、浙江省農業科學院研究員牛寶龍和計東風、中國農業科學院蠶業研究所研究員李木旺的合作支持。該研究得到國家自然科學基金(U1738110, 31572330)的資助。
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【科技日報】我成功克隆水稻多個功能基因
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研究發現擬南芥調控種子休眠和萌發的新成員
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豬育種中,功能基因知多少?
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我國成功分離出控制秈粳稻雜種育性的廣親和基因
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中國科學家成功克隆"廣親和"基因 應用前景可觀
中國科學家成功克隆"廣親和"基因 應用前景可觀 2008年08月18日 10:16 來源：中國青年報 華中農業大學教授、中國科學院院士張啟發領銜的研究團隊，成功分離克隆出一種基因，該基因可促進秈稻與粳稻成功雜交。 人類目前已栽培利用的水稻主要分為秈稻和粳稻兩種。秈稻一般產於南方，個子矮；粳稻一般產於北方，個子高。水稻雜交多半是在秈稻與粳稻各自的「家族」內部進行，一旦讓秈稻和粳稻「南北通婚」，其「後代」就不堪入目，結實率很低，就跟驢和馬雜交生的騾子不育一樣。 -
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普通小麥一個新矮稈基因的遺傳分析和QTL定位
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控制生菜結球的基因首次克隆成功
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