家蚕基因组研究获新突破！我国科研团队破译家蚕W染色体完整基因组序列

瞻观前沿

近日，西南大学资源昆虫高效养殖与利用全国重点实验室代方银教授团队在国际著名学术期刊《科学进展》在线发表了一篇题为蛾类和蝶类昆虫雌性W染色体的多重独立起源的研究论文。该研究取得了家蚕W染色体完整基因组序列，首次破译了蚕姑娘的染色体序列密码，并揭示了鳞翅目昆虫W染色体起源与进化的新机制。该研究成果在基因组与进化生物学领域具有重要理论意义，为家蚕分子育种带来新前景。

研究团队负责人、西南大学资源昆虫高效养殖与利用全国重点实验室主任代方银介绍说，W染色体的基因组序列是雌性家蚕特有的，也是家蚕基因组全序列研究的最后一个难题。该研究成果使家蚕真正意义上拥有了包括雌蚕和雄蚕的完整基因组序列。研究团队应用了二代短读长、三代长读长和Hi-C测序技术组装，获得了家蚕雌性个体的染色体级别基因组，并开发了鉴定富含重复序列W染色体的工具，获得了长度约10.1Mb的家蚕W染色体序列。

论文第一作者、西南大学资源昆虫高效养殖与利用全国重点实验室副教授韩民锦解释道，研究发现家蚕W染色体包含137个雌性性别决定因子Fem拷贝和76个蛋白编码基因，其中11个基因属于W染色体特有。这些信息对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价值。

此次研究不仅涉及家蚕，还通过比较21个鳞翅目昆虫和3个毛翅目昆虫基因组，揭示了鳞翅目昆虫W染色体通过多种机制独立产生，并提出了一种新的鳞翅目昆虫W染色体起源进化机制——由单个Z染色体转换而来，即祖先性染色体ZO/ZZ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。这一研究成果为昆虫遗传和进化研究领域提供了重要的理论支持。

(图片来源：摄图网)

技术价值观察

从产业链整体环节来看，不同于其他行业，基因编辑行业上游通常不是企业，而是科研机构、高等院校等研究团队，这些研究团队将专利授权给中游的生物科技公司，同时，生物科技公司通过对科研团队投资以共享专利。中游的生物科技公司可分为两大类，一类是基因编辑产品供应商，一类是基因编辑技术服务商，产品供应商指试剂盒、病毒载体及核酸序列合成等供应商，技术服务商通常提供相关的技术平台。下游终端客户主要包括CRO公司、制药公司、生物技术公司、科研机构四大类。通常，生物科技公司为这些下游公司提供产品和技术，相应的，下游公司会对生物科技公司进行投资或与其合作以共享产品。

宏观市场观察

基因编辑技术概述

截至2023年，主要的基因编辑技术可分为三种，分别为ZFN技术、TALEN技术、CRISPR/Cas9技术，其中，ZFN技术是相对较为早期的技术，这项技术自发现以来，长期处于被垄断的情况。从打靶准确率来看，ZFN准确率通常在30%左右(《基因编辑技术的发展前景及伦理与监管问题探讨》，赵钦军，韩忠朝，2016)，ZFN的识别结构域中存在前后序列的依赖效应，使得ZFN设计和筛选效率并不高。此外，由于ZFN的筛选和设计方面还存在较大的技术困难，且ZFN的脱靶切割会导致细胞毒性，因此ZFN暂无较大突破，其商业化潜力相比其他技术手段来讲较低。TALEN技术相比ZFN技术来讲，特异性有所提升，TALE蛋白与DNA碱基是一一对应的，并且对碱基的识别只由两个氨基酸残基决定，这相对于.ZFN的设计要简单得多。但是在实际构建的过程中，TALE分子的模块组装和筛选过程较为复杂，需要大量的测序工作，因此商业化潜力也并不高。CRISPR/Cas9系统是一个天然存在于原核生物的RNA干扰系统，其介导的基因组编辑过程精确度较高，同时细胞毒性也有所降低，但是该技术也存在一定不足，即如果目标序列周围不存在PAM(前间区序列临近基序)，则Cas9蛋白不能对任意序列进行切割，意思为，只有当目标序列周围存在特定的标记物时，该技术才能得以实现。此外，该技术脱靶概率相比于前两项技术而言更大。

第三代基因编辑技术：CRISPR-Cas技术

CRISPR-Cas技术是基于原核生物(细菌和古生菌)一种免疫系统而开发的，称之为Clustered regularly interspaced short palindro- mic repeats-CRISPR-associated proteins(规律成簇间隔短回文重复及其相关蛋白)，简称CRISPR-Cas系统。由于该技术合成简单、周期短、操作灵活、效率高等优点，目前备受人们关注。

多只科研基金助力基因编辑行业发展

总体来看，我国多只科研基金均涉及基因编辑相关项目，其中，对基因编辑行业提供最多支持的为国家自然科学基金，根据中国知网，截至2023年9月，我国国家自然科学基金中，共有1469个涉及基因编辑的项目，项目数量远远高出其他科研基金。

中国基因编辑技术赛道热力图

根据产业热力图显示，目前基因编辑关键技术强相关的城市集群主要集中在华中和粤港澳大湾区，尤其是河南省成为重点发展区域。这些城市群已投入大量政策、资金、环境和人才资源用于基因编辑研发，成为潜在的基因编辑技术发展中心。根据热力图的分布华北地区有极大的可能性成为基因编辑技术的先导区域。重点关注河南省周口市沈丘县、江西省宜春市万载县、广东省深圳市南山区等地的相关企业，以及这些地方对基因编辑产业发展的投资环境和潜力市场。

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标签： 染色体 技术 家蚕 随笔