技术发展促进蚕丝产业升级
来源：科学时报 | 作者：佚名
| 发布日期：
2012-05-16
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家蚕是大家耳熟能详的一种鳞翅目昆虫，一生经过卵、幼虫、蛹和成虫四个阶段。利用家蚕在化蛹之前吐丝结茧的生物学特性，蚕农栽桑养蚕，缫丝厂从蚕茧中抽出蚕丝，纺织厂将蚕丝织造成享誉世界的丝绸。并且，蚕蛹因为具有极高的营养价值已经成为餐桌上的一道美味佳肴。
自从进入21世纪以来，在生物学技术不断革新的背景下，蚕学研究也取得了突飞猛进的发展。依托家蚕转基因技术，开创了家蚕丝腺作为生物反应器的先河，促进了蚕丝品质改良研究的快速发展。同时，家蚕基因组学的研究已经取得了重大的进展，为家蚕进化生物学、分子生物学、遗传学和发育生物学的快速发展奠定了基础。
利用快速发展的科学技术促进蚕丝产业的升级对于具有五千多年丝绸文化的中国具有举足轻重的意义。
家蚕的生物反应器研究
2000年，法国和日本的科学家合作在《自然—生物技术》上刊文报道他们成功研发了家蚕转基因的技术。研究人员利用鳞翅目昆虫转座子piggyBac携带外源基因插入家蚕基因组中，从而获得稳定遗传的后代。2002年，在《自然—生物技术》上发表的一篇文章报道，日本科学家成功获得了在丝腺中特异性表达重组人胶原蛋白基因的转基因家蚕，形成的蚕茧中含有人胶原蛋白，从而开创了以家蚕丝腺作为生物反应器的先河。利用家蚕丝腺具有高效合成和分泌蛋白的优点，从而能够在丝腺中大规模生产重组的外源蛋白如病毒疫苗颗粒、抗体或多肽类激素等。
蚕丝品质改良的研究
2002年，《自然》发表了我国复旦大学邵正中教授的有关改善蚕丝纤维性质的文章。已有的研究表明蜘蛛牵引丝的物理特性是较蚕丝更加优越的天然纤维，邵正中教授的研究发现通过外力改变家蚕吐丝的速度能够使蚕丝的强度接近蜘蛛牵引丝的强度，他的这一研究为改造蚕丝的品质提供了一种新颖的途径。2003年，刊登在《自然》上的一篇文章解释了家蚕丝腺中丝素蛋白合成蚕丝纤维的物理化学机制。研究人员利用化学的方法将蚕丝重新溶解成蛋白水溶液，然后将具有与丝胶蛋白相似化学性质的聚氧化乙烯混合到溶解的蚕丝蛋白水溶液中，由于聚氧化乙烯与水分子具有很强的亲水性，从而与水溶液中的蚕丝蛋白分子竞争水相导致蚕丝蛋白形成胶质状态，而这种胶质状态与蚕丝蛋白在丝腺中的状态一致，然后在物理喷射力的作用下形成的纤维结构与天然蚕丝的结构具有很高的相似性，这一研究为体外合成蚕丝提供了理论支持。2011年底，在《美国国家科学院院刊》上发表了一篇利用家蚕合成蜘蛛牵引丝的文章，其中我国浙江大学的缪云根教授以共同第一作者的身份参与了该工作。研究人员新颖地将蜘蛛牵引丝蛋白基因的序列和蚕丝蛋白重链基因的序列重组在一起，并利用转基因的方法获得含有混合基因序列的转基因家蚕。这种转基因家蚕蚕丝的强度和延展性都比普通蚕丝好，并具有与蜘蛛牵引丝相近的韧性。
这种技术将蜘蛛牵引丝具有优质的特性和蚕丝具有高产的优点结合起来，创造出来一种优质高产的混合丝纤维，这是完美的结合。
蚕丝不仅是纺织丝绸的原料，同时也是一种良好的生物学材料，比如高强度的蚕丝是制作防弹衣的材料，易于被蛋白酶水解的蚕丝是缝合手术创口的丝线，蚕丝还能够用于人造骨和人造肌腱。利用物理学或遗传学手段改良蚕丝的品质以适合各种不同的需求，能够广泛地拓展蚕丝的应用范围。
家蚕基因组学的研究
2004年，《自然》发表了我国西南大学完成家蚕基因组草图绘制的文章。他们在文中详细描述了家蚕基因组的草图概况，测序的覆盖率达到5.9倍。初步的研究表明家蚕的基因组大小大约为428.7Mb，分别是果蝇和蚊子基因组的3.6倍和1.54倍。同一年，DNA Research也发表了日本科学家完成家蚕基因组的草图测序的文章，但是测序的覆盖率只有3倍。同时，在《自然》上刊登了对西南大学和日本科学家分别独立完成家蚕基因组草图测序的评论，并且提出将中国西南大学和日本的基因组测序数据的进行整合获得更高覆盖率（9倍）的建议。经过我国西南大学和日本科学家的共同努力，终于在2008年实现了中日家蚕基因组测序数据的整合，从而得到了更加完善的家蚕基因组数据库。
2009年，《自然》又发表了我国西南大学完成包括野蚕在内的40个不同家蚕品系基因组测序的工作。在这40个不同家蚕品系的基因组之间，他们鉴定了大约1600万个SNPs、Indels和结构变异。通过系统发育分析发现家蚕经过5000年的驯化已经成功地从野蚕中分化出来，并且通过比较基因组学分析鉴定了354个与家蚕驯化有关的候选基因，为理解家蚕驯化的机制、设计害虫防治策略和促进家蚕生物反应器研究奠定了基础。
