蚕“姑娘”终于有了完整的基因组序列

西南大学资源昆虫高效养殖与利用全国重点实验室教授代方银团队首次获得了家蚕W染色体完整基因组序列，并揭示鳞翅目昆虫W染色体起源与进化的新机制。日前，相关研究成果在线发表于《科学进展》。

在昆虫中，性染色体组成以XX/XY系统为主，而鳞翅目昆虫性染色体组成与大部分昆虫不同，其性染色以ZZ/ZW系统为主，其中雄性为ZZ，雌性为ZW。最近20年来，家蚕性别决定分子机制研究一直是热点问题，但总体上家蚕性别决定机制仍未被清晰解析，这与家蚕W染色体序列信息的缺乏不无关系。

“不是科学家们‘重男轻女’，而是蚕‘姑娘’的W染色体序列解析太难。”论文第一作者、西南大学副教授韩民锦说，本研究应用二代短读长、三代长读长和Hi-C测序技术组装获得家蚕雌性个体的染色体级别基因组，并基于染色体熵值的算法开发了鉴定富含重复序列W染色体的工具，获得了长度约10.1 Mb的家蚕W染色体序列。

通过对W染色体注释，他们发现，家蚕W染色体的重复序列约占其总序列的87%；家蚕W染色体含有137个Fem拷贝，并且这些Fem拷贝主要以串联重复形式排布，这解释了为什么通过基因组敲除Fem无法完全实现雌性向雄性转变，因为基因组操作很难将W染色体上数目众多的Fem拷贝完全敲除。

“本研究在家蚕W染色体上鉴定到76个蛋白编码基因，其中11个基因属于W染色体特有，这些基因大部分在家蚕早期胚胎相对高表达。”论文通讯作者、西南大学教授代方银说，这些发现对系统解析家蚕性别决定机制以及基于W染色体的分子育种具有重要的指导意义。

韩民锦指出，这项研究通过比较21个鳞翅目昆虫和3个毛翅目昆虫基因组，发现鳞翅目W染色体通过多种机制产生，包括先前推测的非经典模型、经典模型下的Z-常染色体融合机制和本研究新提出的单个Z染色体转换机制。

这项研究发现的17个ZW系统中，有3个物种的W染色体形成涉及单个Z染色体转换机制，该机制认为祖先ZO/ZZ性染色体系统中的雄性包含一对ZZ性染色体，在进化过程中其中一条Z染色体获得了雌性性别决定因子，进而导致该Z染色体转变成W染色体。