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家蚕(Bombyx mori)是一类重要的经济类昆虫,生长周期短、繁殖率高,是鳞翅目昆虫研究的模式生物。正常家蚕卵在产下初期呈黄白色,最终转变为黑褐色。本团队前期发现一种新型淡红卵突变体(pale red egg,rep-1),产卵初期呈黄白色,大约36h时卵色发生变化,最终转变为固有的淡红色。本研究以该突变体为研究对象,利用图位克隆技术对该突变体形成的相关基因进行精细定位,并分析候选基因的结构与功能;利用3′RACE技术获得定位区间内候选基因的3′UTR;通过RNA干涉(RNAi)和CRISPR/Cas基因编辑技术分析候选基因的功能,结合转录组测序(RNA-seq)技术分析突变体与野生型家蚕产卵后36h蚕卵的差异表达基因,为阐明rep-1突变体形成的分子机制奠定基础。主要研究结果如下:(1)rep-1突变体基因的精细定位。以P1(p50)、P2(rep-1)为亲本,构建F1、F2、BC1M和BC1F群体,其中BC1F群体用于连锁分析。利用SSR多态性分子标记将引起rep-1突变体突变性状的主效基因定位到家蚕第5连锁群,精细定位将突变基因定位于分子标记S2674-N53和分子标记S2674-N4之间,两标记之间的遗传距离为0.23c M,物理距离为88kb,基于Silk DB基因组数据库查询,发现定位区间内有三个候选基因,分别是BGIBMGA003693、BGIBMGA003500、BGIBMGA003501。(2)rep-1突变体候选基因的结构分析。通过CDS测序,与野生型相比,突变体中3个基因的CDS未发生改变;电泳检测S2674-N53和S2674-N4之间的基因组序列,发现第7对引物电泳片段的大小具有差异,克隆测序发现在候选基因BGIBMGA003501和BGIBMGA003693之间出现52bp缺失,2个基因的编码区分别位于互补链上,缺失片段位于2个基因的3′端,初步排除候选基因BGIBMGA003500。利用3′RACE扩增获得了BGIBMGA003693的3′UTR,经多次重复并未克隆到BGIBMGA003501的3′UTR。引起rep-1突变体突变性状的主效基因需要进一步研究确认。(3)rep-1突变体候选基因表达分析。综合定位分析的结果,初步筛选出2个候选基因BGIBMGA003501和BGIBMGA003693,以野生型C1(H)为对照,通过q RT-PCR技术分析结果显示,BGIBMGA003693在产卵后24-96h,表达量先增后减。野生型C1(H)在产卵48h后表达量达到峰值,而突变体rep-1在产卵后36h时BGIBMGA003693表达量最大。BGIBMGA003501的卵期表达谱显示其表达量亦表现出先增加后减少的趋势,野生型和突变型均在产卵后48h表达量到达峰值,前期突变型表达量极显著高于野生型。幼虫期BGIBMGA003693的组织表达谱显示其在野生型与突变型之间大部分组织中均存在表达差异,除在性腺中雌雄表达差异一致外,在表达量差异的组织中,雌雄个体表达差异相反,整体来说,在马氏管和中肠中的表达量较高。BGIBMGA003501的组织表达谱表明,其在很多组织中存在表达差异,其中大部分雌雄表达差异是一致的,与BGIBMGA003693相似,BGIBMGA003501整体在马氏管和中肠中的表达量较高。(4)候选基因RNAi分析和CRISPR/Cas9基因编辑。对产下2h内的野生型蚕卵注射合成的si RNA,结果显示注射EGFP si RNA的对照组蚕卵注射前后无变化,注射BGIBMGA003693基因si RNA后表型也无明显变化,而注射BGIBMGA003501基因si RNA的蚕卵颜色有变化,相较于对照组,出现了浅红色卵的表型,BGIBMGA003501表达量显著低于对照组。通过CRISPR/Cas9编辑技术对候选基因BGIBMGA003501和BGIBMGA003693进行基因敲除。BGIBMGA003501基因敲除获得2个阳性个体,经基因型鉴定,均为杂合体,后续将继续杂交培养至G2代获得纯合突变体,验证BGIBMGA003501的基因功能。BGIBMGA003693基因敲除未成功。(5)rep-1突变体和野生型C1(H)产后36h蚕卵的RNA-seq。通过对比RNA-seq结果,共鉴定到800个差异表达基因,其中相对于C1(H),rep-1中有475个表达量下调,325个表达量上调,差异表达基因主要分布在家蚕生长发育相关和眼色素合成与代谢等通路上。以上研究结果为阐明淡红卵突变体rep-1的形成机制研究奠定了基础。