مجموعه داده پانژنوم با وضوح بالا بینش های ژنتیکی را در مورد کرم ابریشم خانگی و وحشی ارائه می دهد



BGI Genomics، با همکاری دانشگاه جنوب غربی، آزمایشگاه کلیدی ایالتی بیولوژی ژنوم کرم ابریشم، و سایر شرکا، مجموعه داده پانژنوم با وضوح بالا ایجاد کرده است که تقریباً کل محتوای ژنومی یک کرم ابریشم را نشان می دهد.

این مقاله تحقیقاتی با ارائه بینش ژنتیکی در مورد انتخاب مصنوعی (اصلی و اصلاح نژاد) و سازگاری اکولوژیکی، در 24 سپتامبر در ارتباطات طبیعت.

پیش از این، به دلیل کمیاب بودن کرم‌های ابریشم وحشی و محدودیت‌های فنی مطالعات قبلی، بسیاری از سایت‌های مرتبط با صفات گم شده بودند. این اولین تحقیقی است که تا به حال مخزن ژنی کرم ابریشم را دیجیتالی کرده و یک “کرم ابریشم دیجیتالی” ایجاد کرده است، که تحقیقات ژنومی عملکردی را تا حد زیادی تسهیل می کند، پرورش دقیق را ترویج می کند و در نتیجه موارد استفاده اضافی از ابریشم را امکان پذیر می کند.

این تیم عمیقاً 1078 کرم ابریشم را دوباره دنباله می‌کنند (B. moriشامل 205 سویه محلی، 194 گونه بهبود یافته و 632 ذخایر ژنتیکی و 47 کرم ابریشم وحشی، ب. مانداریناو ژنوم های طولانی خوانده شده را روی 545 نمونه از این نمونه ها جمع آوری کرد و 55.57 تن از داده های ژنومی تولید کرد.

این مجموعه داده پانژنوم حاوی جامع ترین اطلاعات در مورد ژنوم کرم ابریشم اهلی و وحشی است و تا به امروز بزرگترین پانژنوم مطالعه شده در جهان برای گیاهان و حیوانات است. در عین حال، مطالعات عمیقی بر روی تنوع ژنتیکی مختلف، ساختار جمعیت، انتخاب مصنوعی و سازگاری‌های اکولوژیکی و ویژگی‌های اقتصادی کرم ابریشم انجام شده است که نتایج مثمر ثمری را به همراه داشته است.

خاستگاه کرم ابریشم خانگی

کرم ابریشم اهلی، B. mori، اهلی شده از کرم ابریشم توت وحشی، ب. ماندارینا. تاریخچه ای بیش از 5000 سال دارد، اما محل منشأ اهلی شدن آن به دلیل فقدان شواهد بیولوژیکی قوی مدت هاست که یک سوال باز بوده است.

مواد موجود در این مطالعه نشان‌دهنده غنی‌ترین تنوع ژنتیکی از تمام مناطق عمده‌ی غلات‌سازی جهان است. این مطالعه نشان داد که گونه‌های بومی از ناحیه پایین و میانی رودخانه زرد چین در پایه شاخه کرم ابریشم خانگی روی درخت تکاملی توزیع شده‌اند، بنابراین نشان می‌دهد که کرم ابریشم اهلی در این منطقه منشأ گرفته است. شواهد باستان شناسی موجود، از جمله یک نیم پیله حفاری شده در سال 1926 در روستای ژیین، شهرستان شیا، استان شانشی، و یک شفیره کرم ابریشم حکاکی شده در سنگی که در سال 2019 در شیکون در همان شهرستان حفاری شده است، پشتیبانی مهمی از این نتیجه گیری است.

شکستن گلوگاه در پرورش کرم ابریشم

پرورش سنتی کرم ابریشم سابقه طولانی و منحصر به فردی دارد، اما از دهه 1990 در تنگنا گیر کرده است. تجزیه و تحلیل سیستماتیک مبنای ژنتیکی اهلی سازی و انتخاب بهبود برای حل مسائل حل نشده در پرورش کرم ابریشم ضروری است. این تیم 468 ژن مرتبط با اهلی‌سازی و 198 ژن مرتبط با بهبود را شناسایی کرده‌اند که از این تعداد به ترتیب 264 و 185 ژن جدید شناسایی شده‌اند. این ژن ها اهداف مهمی برای بهبود مولکولی کرم ابریشم خواهند بود.

در همان زمان، مشخص شد که گونه های مفید چینی و ژاپنی کمتر از 3 درصد از جایگاه های بهبود را به اشتراک می گذارند. این نه تنها تاریخچه پرورش نسبتا مستقل کرم ابریشم چینی و ژاپنی را نشان می دهد، بلکه توضیح می دهد که چرا این مبنای ژنتیکی مشترک چنین مزایای ترکیبی را برای هر دو گونه فراهم می کند. این نتیجه بینش جدیدی را برای پرورش آتی کرم ابریشم به ما می‌دهد.

ویژگی های اقتصادی پرورش کرم ابریشم

عملکرد و کیفیت ابریشم از دیرباز به عنوان معیار اصلی اقتصادی برای انتخاب مصنوعی کرم ابریشم مورد توجه قرار گرفته است. با این حال، تا به امروز، اطلاعات کمی در مورد چگونگی کنترل ژن‌ها و مکان‌های این صفات کمی وجود دارد. پانژنوم مسلما “نزدیک ترین پل” بین فنوتیپ ها، به ویژه صفات پیچیده است.

یک مورد در این زمینه تنظیم تولید ابریشم توسط فاکتور رونویسی مرتبط با چرخه سلولی است BmE2F1که از طریق سیگنال دهی انتخاب و تغییرات ساختاری آشکار شد. ناک اوت با واسطه CRISPR-cas9 از BmE2F1 تعداد سلول های غدد ابریشم را تا 7.68 درصد و تولید ابریشم را 22 درصد کاهش می دهد. برعکس، بیان بیش از حد تراریخته BmE2F1 تعداد سلول های غده ابریشم را تا 23 درصد و تولید ابریشم را 16 درصد افزایش می دهد.

ابریشم ریز کاربردهای منحصر به فرد و ارزش اقتصادی بالاتری دارد، اما اساس ژنتیکی ظرافت الیاف قبلا ناشناخته باقی مانده بود. تجزیه و تحلیل انواع نادر در ژنوم گونه های باریک منجر به شناسایی BmChit β-GlcNAcaseژنی که ظرافت ابریشم را کنترل می‌کند و می‌تواند به‌طور قابل‌توجهی در واریته‌های خوب شناسایی شود، و ناک اوت با واسطه CRISPR-cas9 که منجر به ظرافت ابریشم درشت‌تر تولید شده توسط کرم‌های ابریشم خانگی می‌شود. این نشان می دهد که این ژن نقش کلیدی در تعیین ظرافت ابریشم ایفا می کند.

ویژگی های سازگاری پرورش کرم ابریشم

دیاپوز یک صفت سازگار اکولوژیکی رایج در حشرات است که تضمین می کند حشرات می توانند علیرغم شرایط نامساعد محیطی زنده بمانند. اگرچه هورمون diapause برای اولین بار در سال 1957 در کرم ابریشم شناسایی شد، اطلاعات کمی در مورد ژن dipause جنینی در دسترس است. در این مطالعه، بر اساس تجزیه و تحلیل از pnd سویه و تنوع ساختاری ژنومی در کرم ابریشم، و اعتبار سنجی عملکردی با ویرایش ژن، BmTret1ژن مشابه خود را به عنوان یک عامل تعیین کننده مهم در توقف پس از جنین نشان داد. این اولین بار است که یک ژن تعیین کننده پس از جنین در یک حشره شناسایی می شود.

این مطالعه پان ژنوم کامل کرم ابریشم را برای باز کردن بینش‌های انتخاب مصنوعی و سازگاری اکولوژیکی نشان می‌دهد. Shuaishuai Tai، یکی از نویسندگان و محقق ارشد BGI Genomics اظهار داشت: “با نمونه برداری جامع و مجموعه داده همراه با انواع آزمایش ها برای شناسایی ژن ها برای مطالعات بالقوه آینده، ما امیدواریم که روند پرورش طرح مولکولی کرم ابریشم را تسریع کنیم.”

منبع:

مرجع مجله:

تانگ، ایکس. و همکاران (2022) پان ژنوم کرم ابریشم با وضوح بالا بینش های ژنتیکی را در مورد انتخاب مصنوعی و سازگاری اکولوژیکی ارائه می دهد. ارتباطات طبیعت doi.org/10.1038/s41467-022-33366-x.



منبع