家蚕伴性赤蚁突变基因定位克隆研究成果在PNAS杂志发表

2010年7月6日,西南大学家蚕基因组团队与日本等合作完成的家蚕伴性赤蚁突变基因定位克隆研究成果在国际著名学术期刊《Proceeding s of the National Academy of Sciences》（美国《国家科学院院刊》）上在线发表。

家蚕刚孵化时形如蚂蚁,故称蚁蚕。正常蚁蚕体色为黑色,伴性赤蚁（sch）突变纯合型具有巧克力色的体色,且在胚胎后期具有温敏致死效应。经典遗传学研究表明,该突变位点位于家蚕的性染色体Z上,与性别连锁,不但可以利用该突变色区分雌雄个体,而且因为温度敏感致死,成为调控家蚕性别的重要靶标基因。该突变发现于20世纪60年代,自其温敏性发现以来的10余年间,研究者们为克隆该基因做出了不懈的努力,但仍然没有获得有关该基因的任何片段。

西南大学家蚕基因组团队刘春等在国家“973”计划的资助下,与日本合作,根据家蚕基因组研究结果,通过定位克隆的方法,对该基因分离群体进行连锁分析,最后锁定了sch突变基因所在区域。经过努力,最终确定了该突变为家蚕酪氨酸羟化酶基因（BmTh）调控区域突变所致:在sch突变及等位致死突变中,两个不同类型的转座子分别通过重组替换和插入方式破坏该基因的转录调控序列,导致BmTh基因的表达量急剧减少。通过RNAi及添食TH抑制剂降低野生型的BmTh基因表达产物,获得sch突变表型个体;添食酪氨酸羟化酶下游产物dopa成功营救sch突变表型。这些结果清楚地表明酪氨酸羟化酶的表达量减少是sch突变幼虫形成巧克力色表皮的直接原因;同时,该基因的表达量过少还将导致sch致死突变品种不能孵化。作者还提出了无力补偿假说来解释sch温敏致死机理。

本研究发现的Th基因是位于黑色素合成途径中的第一个关键酶。黑色素与其它色素一起构成了昆虫,特别是蝴蝶丰富的斑纹和体色。事实上,昆虫斑纹和体色随季节和环境的变化而变化,是一个很普遍的自然现象。该论文报道的TH基因受到温度调节,暗示了自然界中昆虫体色斑纹受环境等因素影响的一个重要机制。有趣的是,昆虫的斑斓的色彩,不仅仅是拟态、寻偶和适应环境等的需要。家蚕伴性赤蚁突变机制表明,色素代谢的紊乱,对昆虫往往是致命的。这一结果对人们深层次认识昆虫色素作用具有重要的参考价值。