了得網自然科學_蠶的基因組

編輯推薦

西南大學家蠶基因組生物學國家重點實驗室傾力擔當，總結十餘年研究成果，博取相關精華，歷時三年有餘，先後九易其稿，綴70餘萬字，終成本書。蠶學界前輩呂鴻聲先生為本書撰文作序，對本書給予了極高贊譽。本書實為具有國際先進水平的蠶學研究專著，具有極高的學術水平和參考價值。

內容簡介

家蠶是完成了基因組框架圖、精細圖和遺傳變異圖的少數物種之一。《蠶的基因組》是作者團隊歷經十年研究所完成的家蠶基因組計劃的總結，繫統闡述了家蠶基因組的結構與進化；家蠶基因表達及蛋白質組；家蠶重要蛋白質編碼基因家族及小RNA；家蠶變態發育、性別決定、免疫防御、絲蛋白生物合成，以及食性與化學感受的分子基礎；家蠶基因功能研究平臺技術；家蠶基因組數據庫等研究進展。

作者簡介

夏慶友，教授，博士生導師。第十一屆全國政協委員。教育部“長江學者”特聘教授，“新世紀百千萬人纔工程”*人選，教育部“新世紀優秀人纔培養計劃”人選，國家“973”項目首席科學家和中國煙草基因組計劃首席科學家。現任西南大學家蠶基因組生物學國家重點實驗室主任，西南大學生物技術學院院長。主要從事家蠶分子生物學、基因組及功能基因組學研究。先後獲重慶市自然科學一等獎、中國高校十大科技進展、日本蠶絲科學進步特別獎、香港桑麻紡織科技大獎及中國青年科技獎、光華工程科技獎青年獎、全國“五一”勞動獎章、“十一五”國家科技計劃執行突出貢獻獎等獎勵。向仲懷，教授，博士生導師，中國工程院院士。第四、五、六屆國務院學位委員會委員，中國蠶學會名譽理事長，中國絲綢協會副會長，原西南農業大學校長。1958年西南農學院畢業，1982年留學日本信州大學並獲工學博士學位。現任西南大學蠶學與繫統生物學研究所所長，家蠶基因組生物學國家重點實驗室學術委員會主任。長期從事蠶桑教育與科學研究，先後獲國家自然科學四等獎、四川省科技進步一等獎、重慶市自然科學一等獎、重慶市科技進步一等獎及全國農業科技先進工作者、中華農業科教獎、日本蠶絲學會特別獎、香港何梁何利基金科技進步獎、香港桑麻基金會紡織科技大獎、全國繭絲綢行業終身成就獎等獎勵。

第 1 章家蠶基因組計劃
1.1 基因組計劃的產生和發展
1.2 家蠶基因組計劃
1.3 家蠶基因組框架圖
1.4 家蠶基因組精細圖
1.5 家蠶基因組遺傳變異圖
2.1 家蠶核基因組
2.2 家蠶核基因組中的重復序列
2.3 家蠶線粒體基因組
2.4 家蠶起源進化研究
2.5 家蠶的馴化
3.1 家蠶的基因
3.2 家蠶基因的功能注釋
3.3 家蠶全基因組表達圖譜

第 1 章家蠶基因組計劃
1.1 基因組計劃的產生和發展
1.2 家蠶基因組計劃
1.3 家蠶基因組框架圖
1.4 家蠶基因組精細圖
1.5 家蠶基因組遺傳變異圖

第 2 章家蠶基因組結構和進化
2.1 家蠶核基因組
2.2 家蠶核基因組中的重復序列
2.3 家蠶線粒體基因組
2.4 家蠶起源進化研究
2.5 家蠶的馴化

第 3 章蠶的基因及其表達
3.1 家蠶的基因
3.2 家蠶基因的功能注釋
3.3 家蠶全基因組表達圖譜
3.4 家蠶mRNA的選擇性剪接

第 4 章蠶的基因家族
4.1 基因家族的形成和進化
4.2 家蠶鋅指蛋白基因家族
4.3 家蠶30K蛋白基因家族
4.4 家蠶同源盒子（Homeobox）基因家族
4.5 家蠶P450基因家族
4.6 家蠶表皮蛋白基因家族
4.7 家蠶神經肽基因家族

第 5 章家蠶絲氨酸蛋白酶及其抑制劑
5.1 家蠶絲氨酸蛋白酶
5.2 家蠶絲氨酸蛋白酶抑制劑

第 6 章家蠶變態發育的激素調控
6.1 家蠶變態發育與相關激素
6.2 家蠶蛻皮激素
6.3 家蠶保幼激素
6.4 家蠶變態發育相關的神經肽激素

第 7 章家蠶性別決定基因及分子機制
7.1 家蠶的性決定
7.2 家蠶性別決定網絡
7.3 家蠶性別決定的分子機制

第 8 章家蠶免疫防御的分子機制
8.1 家蠶基因組中的免疫相關基因
8.2 家蠶抗菌肽
8.3 家蠶抗菌肽基因表達調控機制
8.4 家蠶全基因組免疫應答

第 9 章家蠶絲蛋白的生物合成
9.1 家蠶絲腺發生和生長
9.2 家蠶絲蛋白基因表達及調控
9.3 家蠶繭絲突變品種
9.4 家蠶絲腺組織基因組表達譜
9.5 家蠶絲腺的改造與應用

第 10 章家蠶的食性與化學感受受體
10.1 家蠶的食性遺傳
10.2 家蠶食性決定機制
10.3 家蠶化學感受信號轉導途徑中相關蛋白
10.4 家蠶對桑葉的適應機制

第 11 章家蠶小RNA
11.1 microRNA概述
11.2 家蠶microRNA的基因組鋻定
11.3 家蠶microRNA的時序表達
11.4 家蠶microRNA的空間分布
11.5 家蠶let-7的表達和功能研究
11.6 家蠶的其他小RNA

第 12 章蠶的蛋白質組
12.1 蛋白質組學及其分析技術
12.2 家蠶蛋白質組學研究
12.3 家蠶重要功能蛋白質的鋻定
12.4 家蠶蛋白質組數據庫

第 13 章家蠶功能基因組平臺技術
13.1 家蠶功能基因組學研究平臺
13.2 家蠶轉基因技術
13.3 家蠶RNA干擾技術
13.4 家蠶突變基因定位克隆技術

第 14 章家蠶基因組生物信息數據庫
14.1 家蠶相關生物信息學資源
14.2 家蠶基因組數據庫SilkDB的訪問與使用
14.3 家蠶功能基因的信息發掘

在線試讀

第一篇概論第一章魚類性別特異分子標記篩選和性別控制概述第一章魚類性別特異分子標記篩選和性別控制概述〖1〗第一節引言魚類從受精卵發育到具有不同性別特征的個體是一個奇妙而又嚴謹的過程，是人類長期以來試圖揭示的自然現像。由於魚類在脊椎動物中承前啟後的特殊進化地位、龐大的種群數量及顯著的社會經濟價值，魚類性別決定機制、性別鋻定和控制技術的研究不僅對整個脊椎動物類群性別決定機制的形成及進化途徑的揭示具有非常重要的理論意義，而且由於許多魚類在生長速度上存在性別差異，通過性別鋻定和控制技術可以生產生長快速的全雌或全雄魚苗，這對於水產養殖業來說，具有重要的應用價值。
與高等脊椎動物相比，魚類的性別決定和分化具有多樣性、原始性和可塑性的特點，為魚類性別決定機制的闡明帶來了困難。首先，魚類的性別表現形式多樣，大多數魚雌雄異體，有些魚雌雄同體，有些魚能自然發生性逆轉（如黃鱔等），有些魚甚至能發生天然的雌核發育（如銀鯽）。其次，魚類進化的相對原始性，使得魚類幾乎包括了高等脊椎動物的所有性染色體類型，如XX/XY型、XX/XO型、ZW/ZZ型、ZO/ZZ型、W1W2Z/ZZ型、XY1Y2/XX型等。雖然已經對1700多種真骨魚類進行了染色體組型的研究，但在細胞遺傳學上能分辨出來的、具有異型性染色體分化的魚類大約隻有176種（DevlinandNagahama,2002）。再者，在魚類發育的早期，其自身內分泌的調節及外部環境因素（如水溫、光照、鹽度、pH等）亦參與性別決定和分化，使得魚類性別具有較大的可塑性。魚類原發性性別形成後，在外源性激素、溫度等作用下可能通過某種途徑改變機體的新陳代謝，影響魚類的性別分化，使魚類性別決定機制更加復雜。根據魚類性別分化受外界環境溫度影響的程度，將魚類性別決定分為基因性別決定（geneticsex determination，GSD）和溫度依賴性性別決定（temperature dependent sexdetermination，TSD）兩大類，前者性別分化受環境溫度的影響較小，而後者的性別分化受環境溫度的影響很大，已有報道表明多種魚類的性腺分化方向受到溫度影響，如鰈形目的牙鲆（Yamamoto，1999）、漠斑牙鲆（Luckenbachetal?，2003）魚苗在高溫和低溫環境中，產生生理雄性魚苗的比例均明顯增大，而隻有在中間溫度，雌雄魚苗的比例纔為1∶1，呈現一種U形曲線。同時，還有一些魚類是通過溫度和基因型相互作用來決定性別分化的。不同魚類的性別決定類型不盡相同，需要進行實驗研究纔能確定一種魚類的性別決定類型。

第一篇概論第一章魚類性別特異分子標記篩選和性別控制概述第一章魚類性別特異分子標記篩選和性別控制概述〖1〗第一節引言魚類從受精卵發育到具有不同性別特征的個體是一個奇妙而又嚴謹的過程，是人類長期以來試圖揭示的自然現像。由於魚類在脊椎動物中承前啟後的特殊進化地位、龐大的種群數量及顯著的社會經濟價值，魚類性別決定機制、性別鋻定和控制技術的研究不僅對整個脊椎動物類群性別決定機制的形成及進化途徑的揭示具有非常重要的理論意義，而且由於許多魚類在生長速度上存在性別差異，通過性別鋻定和控制技術可以生產生長快速的全雌或全雄魚苗，這對於水產養殖業來說，具有重要的應用價值。
與高等脊椎動物相比，魚類的性別決定和分化具有多樣性、原始性和可塑性的特點，為魚類性別決定機制的闡明帶來了困難。首先，魚類的性別表現形式多樣，大多數魚雌雄異體，有些魚雌雄同體，有些魚能自然發生性逆轉（如黃鱔等），有些魚甚至能發生天然的雌核發育（如銀鯽）。其次，魚類進化的相對原始性，使得魚類幾乎包括了高等脊椎動物的所有性染色體類型，如XX/XY型、XX/XO型、ZW/ZZ型、ZO/ZZ型、W1W2Z/ZZ型、XY1Y2/XX型等。雖然已經對1700多種真骨魚類進行了染色體組型的研究，但在細胞遺傳學上能分辨出來的、具有異型性染色體分化的魚類大約隻有176種（DevlinandNagahama,2002）。再者，在魚類發育的早期，其自身內分泌的調節及外部環境因素（如水溫、光照、鹽度、pH等）亦參與性別決定和分化，使得魚類性別具有較大的可塑性。魚類原發性性別形成後，在外源性激素、溫度等作用下可能通過某種途徑改變機體的新陳代謝，影響魚類的性別分化，使魚類性別決定機制更加復雜。根據魚類性別分化受外界環境溫度影響的程度，將魚類性別決定分為基因性別決定（geneticsex determination，GSD）和溫度依賴性性別決定（temperature dependent sexdetermination，TSD）兩大類，前者性別分化受環境溫度的影響較小，而後者的性別分化受環境溫度的影響很大，已有報道表明多種魚類的性腺分化方向受到溫度影響，如鰈形目的牙鲆（Yamamoto，1999）、漠斑牙鲆（Luckenbachetal?，2003）魚苗在高溫和低溫環境中，產生生理雄性魚苗的比例均明顯增大，而隻有在中間溫度，雌雄魚苗的比例纔為1∶1，呈現一種U形曲線。同時，還有一些魚類是通過溫度和基因型相互作用來決定性別分化的。不同魚類的性別決定類型不盡相同，需要進行實驗研究纔能確定一種魚類的性別決定類型。
魚類遺傳學研究及育種實踐中常常要求鋻別其性染色體組成，但是大多數魚類性染色體分化程度較低，而且性別分化在胚胎發育過程中易受環境影響，導致性表型與遺傳型不一致，因此，有必要發展一種可以識別其遺傳組成的簡便方法。找出性別特異的分子標記是一種較簡捷的鋻別方法。自從加拿大的Devlin等（1991）篩選到大麻哈魚Y染色體特異的DNA片段以來，盡管國內外眾多學者在許多種魚類上開展了性別特異分子標記篩選的研究工作，但迄今也隻在虹鱒（Rachaelet al?，2003；Felip et al?，2005；Yano et al?，2012）、青鳉（Matsuda etal?，1997，2002；Nanda et al?，2002；Patil and Hinze,2008）、尼羅羅非魚（Lee etal?，2003）、半滑舌鰨（Chen et al?，2007，2012）、黃顙魚（Wang etal?，2009a）、銀鯽（Wang et al?，2009b）、圓斑星鰈（Ma etal?，2010）等10多種魚類上篩選到性別特異分子標記。其中國內學者李靜等（2007）和馬洪雨等（2009）分別采用AFLP技術，利用選擇性引物組合(E?ACT/M?CAA)從半滑舌鰨中篩選到一條雌性特異的AFLP標記，並成功地將其轉化為SCAR(sequencecharacterized amplifiedregion)標記，建立了半滑舌鰨遺傳性別鋻定的分子生物學技術。因此，在篩選到性別特異分子標記的魚類中也基本建立了遺傳性別鋻定技術，從而為這些魚類的性別控制提供了有效的技術手段。
魚類性別控制是通過人為手段對魚類的生殖活動進行干預，使之按照人們的意願來繁殖所需性別後代的一種技術。性別控制時間分為受精之前和受精之後。前者是通過對精子的體外干預，使在受精之時便決定了後代的性別；後者是利用形態或者分子等手段對幼魚性別進行鋻定，從而獲得特定性別的後代。廣義的性別控制還包括遺傳型雌性向生理型雄性逆轉、遺傳型雄性向生理型雌性逆轉及不育魚的誘導等。人工控制魚類性別的方法和途徑主要有人工挑選法、種間雜交、激素處理、人工誘導雌核發育、人工誘導雄核發育、人工誘導三倍體、自身免疫閹割、外科手術閹割等，還可用電離輻射和化學絕育等方法產生中性不育魚。但比較有效的方法有種間雜交、激素處理、雌核發育和三倍體的人工誘導等。例如，中國水產科學研究院北戴河科學實驗站劉海金等建立了牙鲆雌核發育和全雌苗種培育技術（劉海金等，2010）；中國水產科學研究院黃海水產研究所陳松林實驗室建立了異源冷凍精子和同源精子誘導的半滑舌鰨雌核發育技術（Chenet al?，2009；Ji etal?，2010a），構建了半滑舌鰨雌核發育群體；同時其實驗室又建立了半滑舌鰨三倍體魚苗及四倍體魚苗的誘導與鋻定技術（陳松林等，2011；李文龍等，2012），這些研究結果均為牙鲆及半滑舌鰨等重要經濟海水鲆鰈魚類的單性苗種培育、不育苗種培育等性別控制技術奠定了基礎。
第二節魚類性別特異標記篩選和性別控制的目的和意義〖1〗一、魚類性別特異標記篩選和遺傳性別鋻定的目的和意義由於魚類性別決定機制復雜，絕大部分種類沒有性染色體的分化，所以了解魚類性別和生殖的規律及其調控機制，對於發展魚類養殖具有重要的現實意義。在生長發育早期就能鋻定魚類遺傳性別將極大促進具有生長優勢性別的單性苗種培育進程，因此，篩選魚類性別相關分子標記、建立遺傳性別鋻別技術顯得極其重要。例如，通過篩選性別特異分子標記，建立遺傳性別鋻定技術，就可以將性逆轉的XY生理雌魚和XX雌魚區分開來，也可以將XY雄魚和YY超雄魚區分開來，這對於研制YY超雄魚、培育XY全雄苗種至關重要。與此相類似，通過篩選W染色體特異的雌性特異分子標記，可以建立ZW雌魚、ZZ雄魚及WW超雌魚鋻定的分子技術，從而為WW超雌魚的研制及全雌苗種的生產提供技術手段。由此可見，性別特異分子標記的篩選對於魚類性別控制和單性苗種培育具有重要意義和應用價值。
二、魚類性別控制的目的和意義
魚類性別控制就是采用遺傳工程、細胞工程等生物學方法或物理、化學方法對魚類精子或卵子進行操作或處理，從而改變其產生的魚苗的性別比例，提高某種性別魚苗的比例，或培育出單性苗種的技術。由於許多魚類雌雄個體在生長性狀上存在明顯差異，所以，性別控制研究在魚類養殖和遺傳育種等領域具有重要意義，概括起來主要包括如下幾個方面。
(一)培育魚類單性苗種，提高魚類養殖產量
許多魚類在生長速度上存在雌雄差異。例如，羅非魚雄性個體生長比雌性個體快30%以上，虹鱒等鮭鱒魚類雌性個體生長比雄性個體快30%以上，鯉魚等魚類雌性個體比雄性個體生長快20%～30%。與淡水魚類相比，許多海水鰨、鰈和鲆魚類雌雄生長差異表現得更為突出。例如，條斑星鰈和大西洋牙鲆等鰈、鲆魚類雌性個體生長比雄性個體快30%～80%。而半滑舌鰨的雌雄生長差異表現得最為明顯，其雌性個體比雄性個體生長快2～4倍。因此，對這些魚類開展性別控制和單性育種技術的研究，研制生長快速的單性群體，對於提高這些魚類的養殖產量和商品質量、提高水產養殖業的經濟效益至關重要。以半滑舌鰨為例，半滑舌鰨的雌性個體經過14～18個月的養殖後可以達到500～750g，而雄性個體在同樣養殖期內隻能達到150～200g，如能培育出半滑舌鰨全雌苗種，其養殖產量將提高60%～80%，其經濟效益也將大幅提高。相類似地，由於羅非魚雄性個體生長比雌性個體快30%以上，所以，培育羅非魚全雄苗種對於提高羅非魚養殖產量、提高經濟效益也具有重要意義和應用價值。
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