家蠶基因組“框架圖”

我國科學家于2003年11月15日宣布：經過四百多名科研人員五個多月的艱苦努力，我國已率先完成家蠶基因組“框架圖”繪制工作。計算機組裝和數據分析結果表明，基因組測序完成了6倍的覆蓋深度，所獲序列覆蓋了家蠶基因組的95．54％，精確度達99．95％，完全達到了高質量工作“框架圖”的要求。

這是繼我國科學家完成人類基因組1％測序工作、水稻基因組“框架圖”和“精密圖”之后，向人類貢獻的第三大基因組研究成果。

建立21世紀“絲綢之路”的起點

中國家蠶基因組計劃項目主持人、中國工程院院士向仲懷在接受記者專訪時說：“我國率先向世界公布第一個家蠶基因組‘框架圖’，標志著我國在家蠶基因組研究方面已居世界領先地位，這也是建立21世紀‘絲綢之路’的起點和里程碑。”

中國是蠶絲業的起源地，聞名于世的古代“絲綢之路”為傳播世界文明發揮了重要作用。然而，隨著基因組時代的來臨，以商貿為核心、以駱駝和沙漠為背景的古代“絲綢之路”已經成為美好的回憶。一個以現代科技為核心，以基因組研究為平臺，從家蠶入手，找到并構筑一條蠶業技術的突破之路、人類對鱗翅目類農林害蟲的根治之路、開發生物藥品和防控人類疾病的醫學健康之路為主要內容的“21世紀絲綢之路”，已成為各國蠶業科學家的共識。

西南農業大學蠶桑學重點實驗室的研究人員，利用學校擁有世界規模最大的家蠶（鱗翅目昆蟲）基因庫這個得天獨厚的條件，在長期開展家蠶遺傳學、分子生物學基礎研究和基因工程、育種等應用研究的基礎上，聯合中科院北京基因組研究所，于2003年5月緊急啟動了我國家蠶基因組計劃項目。該項目由西南農業大學承擔工作框架生物材料、總體技術目標、生物分析、基因功能和應用研究，中科院北京基因組研究所承擔測序、序列組裝及生物信息學分析工作。

科研人員采用目前國際先進的全基因組霰彈法測序技術，將家蠶全基因組切斷為平均大小分別為2000和8000個堿基對的兩個隨機片段庫，利用全自動ＤＮＡ測序儀分別進行大規模測序，然后運用超大規模計算機對隨機片段進行組裝，重建家蠶全基因組序列圖譜。

家蠶全基因組有４.５億堿基對，約為人類全基因組的1／7，略大于水稻基因組，但科研人員僅用五個多月的時間就完成了從ｃＤＮＡ文庫構建到測序和組裝框架圖的所有工作，創下了基因組研究的最快紀錄，并且優化了基因組測序技術，大幅降低了研究成本，提高了工作“框架圖”的質量和準確度。

據有關專家介紹，“框架圖”的完成只是家蠶基因組研究和開發計劃的第一步，而其“精細圖”預計在2004年完成。科研人員將利用生物信息學的最新方法，對家蠶所擁有的所有基因進行注釋，開展重要功能基因的基礎和應用研究，并聯合國內科研單位，組成攻關隊伍，開展蠶絲產業化應用和模式昆蟲、醫學模式和生物工廠研究。

基因組研究為何選中家蠶為“代表生物”

家蠶基因組“框架圖”是繼我國科學家完成人類基因組1％測序工作、水稻基因組“框架圖”和“精密圖”之后，向人類貢獻的第三大基因組研究成果。但鱗翅目類昆蟲有很多，為何單單選中家蠶作為“代表生物”呢？

有關專家解釋說，家蠶可視遺傳性狀豐富，作為實驗動物用于科研已經達一個世紀之久，因此遺傳背景清楚，這是家蠶被確立為鱗翅目類昆蟲基因組計劃“代表生物”的一個重要原因。

糧食作物和森林害蟲絕大多數屬于鱗翅目類（鱗翅目類害蟲占農業害蟲的80％）。由于鱗翅目昆蟲具有高度的相似性，以一個模式昆蟲為代表，解明其基因和其特異的功能，就能從害蟲的自身弱點下手，研究防蟲、治蟲的新理論和新技術。而家蠶是鱗翅目類昆蟲的典型代表和理想的生物學模型，關于它的基礎研究對整個鱗翅目昆蟲的基礎研究成功貢獻率達80％以上。通過對家蠶生理、病理、發育、行為和遺傳致死基因的研究，從害蟲自身入手開發根治害蟲基礎，從根本上消除蟲害的威脅，在糧食作物和森林害蟲防治上取得新突破。

家蠶在基礎生命體系、物質代謝、能量代謝和遺傳方式上與人類有很大的相似性。家蠶遺產資源存在大量疾病模型，如癌癥模型、糖尿病模型、發育畸形模型等，通過研究這些遺傳模型，將在克隆人類疾病控制新基因、研究疾病機理和開發新藥物上發揮重大作用，對解決人類疾病、壽命等重大問題具有重要參考價值。

家蠶是理想的生物反應器，家蠶體內的絲腺是一個高效率的蛋白質工廠，通過基因組研究，徹底解明繭絲生產的調控機理，使家蠶生產對人類有益的高純度藥用蛋白質。比如韓國和日本合作，已在利用家蠶生產治療高血壓、糖尿病等疾病的藥物方面取得了十余項專利。

資源·技術·責任

當前有關家蠶基因組方面的研究競爭十分激烈，日本、法國、美國、英國等都投入了大量的資金和人力，而我國科學家僅用了五個月左右的時間就完成了“框架圖”的繪制工作。是什么因素讓我國在家蠶基因組研究領域搶先世界一步呢？

西南農業大學校長王小佳說，我國得天獨厚的家蠶基因資源，以及雄厚的研究力量是我國家蠶基因組研究比其他國家“快一步”的重要基礎。從資源優勢來講，經過四代科學家的積累，西南農業大學已經成為全世界最大的家蠶（鱗翅目昆蟲）基因庫，保存家蠶突變基因、遺傳材料、地域品種七百多系，其突變基因數已占發現基因總量的95％以上。生物資源是生物產業及其科研可持續發展的必要支撐，國際間關于基因資源的爭奪至今仍處在白熱化狀態，即所謂“欲以種子控制世界”。因此，我國豐富家蠶基因資源既是“人無我有”的珍貴財富，也是我國領先世界的一個前提條件。

中國科學院北京基因組研究所副所長于軍認為，從研究力量來講，我國擁有龐大的研究隊伍和日益成熟的技術。西南農業大學長期開展了蠶遺產學、分子生物學基礎研究、育種等使用研究，在世界上具有重要影響。中科院北京基因組研究所的測序、序列組裝及生物信息學分析工作，為研究提供了可靠的平臺。同時，中科院、浙江大學等近十所院校長期開展家蠶基礎和應用研究。專家指出，我國科學家完成人類基因組1％的測序工作，是我國跨入世界基因組研究領域的起點；水稻基因組“框架圖”和“精密圖”的完成，表明我國進入了基因組研究領域的前沿；而家蠶基因組研究在前兩個的基礎上，有技術的創新，效率更高，成本低，表明我國在基因組這個領域的成熟。

中國家蠶基因組計劃項目主持人、中國工程院院士向仲懷認為，除了我國擁有豐富的資源和雄厚的研究力量外，關鍵是科研人員強烈的責任感和使命感，使他們克服了困難，才能創造出五個月完成家蠶基因組“框架圖”的世界紀錄。

向仲懷說，振興中國蠶絲事業是我國蠶絲科技工作者義不容辭的職責，它關系到我國在基因知識產權的國際競爭中能否占據主動地位，關系到“21世紀絲綢之路”是從中國開始，還是從別的地方開始。科研人員靠著拼搏的精神，克服了資金、技術上的種種困難，夜以繼日地忘我工作，不少科學家吃了幾個月的盒飯，才在最短時間內完成了“框架圖”的繪制，確立了我國在家蠶基因組研究領域的領先地位及在重要生物物種的基因組國際競爭中的整體優勢。

21世紀中國能否重現“絲綢之路”的輝煌

綿延起伏的沙丘、聲聲悅耳的駝鈴、溝通東西的商旅……古代的“絲綢之路”對促進世界文明的傳播與發展做出了不可磨滅的貢獻，也在人類歷史上留下了一幅令人難忘的美麗畫卷。

但是，在20世紀的一百年中，我國所采取的養蠶技術體系，總體上是基于國外在20世紀三四十年代所建立的，蠶業科技在相當長的一個時期內沒有明顯的突破。因此，全世界都在關注：作為“絲綢之路”起源地的中國，能否在21世紀重現“絲綢之路”的輝煌？

在我國率先繪制完成家蠶基因組“框架圖”之后，科學家們終于可以自豪地說，21世紀的“絲綢之路”將從中國開始，我國優勢傳統產業繭絲業的科技水平將大幅度提高，世界繭絲業也將迎來革命性的變化。

世界繭絲業的技術進步，尤其是產量和質量的最近兩次大的飛躍，分別是20世紀40年代完成的雜交種推廣和20世紀80年代完成的三次品種更新。在此后20年間，雖然各國蠶業研究者竭盡全力，但傳統的家蠶育種和相關技術的進步，已經處于平臺期，無法實現新的突破。因此誰先在家蠶基因組研究領域取得突破，就能打破當前繭絲業發展的技術瓶頸，成為世界蠶業科技強國，從而開啟新的“絲綢之路”。

中國家蠶基因組計劃項目主持人、中國工程院院士向仲懷說，家蠶基因組“框架圖”的繪制完成，使我國搶占了世界繭絲業發展的制高點，確保了我國繭絲生產和出口大國的地位。栽桑養蠶起源于我國，至今已有五千多年的歷史。繭絲業一直是我國的優勢傳統產業，目前我國共有種桑養蠶農戶二千萬戶，每年的絲綢工業產值約七百億元，年創外匯40億美元，年蠶繭生絲產量和出口量分別占世界總額的70％和80％以上，是世界繭絲業的中心。

家蠶基因組“框架圖”的繪制完成，將有助于人們獲得家蠶基因結構組織的詳細信息和全部基因、探討基因產物的功能，從分子水平上深刻闡明家蠶的生物學特性、吐絲機理以及與微生物的相互作用。可利用基因研究手段培育出新型高產優質蠶品種，解決蠶絲易皺脫色等先天缺陷，還可創造出新型蠶絲，使蠶絲這一“纖維皇后”徹底擺脫長期占纖維消費總量不到1％的尷尬局面，推動世界蠶業技術的突破性進步，同時保持我國繭絲業的產業優勢。

向仲懷院士說，我國家蠶基因組研究的重大突破將使世界繭絲業產生歷史性飛躍，使傳統的蠶絲綢業的改造在根本上看到了曙光，在21世紀，中國必將重現“絲綢之路”的輝煌。

新聞背景：家蠶基因組“框架圖”與“精細圖”的區別

據有關專家介紹，家蠶基因組“框架圖”的完成只是家蠶基因組研究和開發計劃的第一步，而其“精細圖”預計在2004年完成。那么，家蠶基因組“框架圖”與“精細圖”有什么區別呢？

據中國家蠶基因組計劃項目主持人、中國工程院院士向仲懷介紹，“框架圖”是相對于“完成圖”或“終圖”而言，但實際上，真正的“完成圖”并不存在，因為它總會存在一些空隙，而“精細圖”則比“框架圖”更進一步，更為準確、精細。

基因組“框架圖”的要點包括：測序工作量達到基因組的5倍；基因覆蓋率達到90％以上，即經初步組裝的“一致性”序列占整個基因組的90％以上；經初步組裝的“一致性”序列中堿基的準確率達99％以上，即每一堿基出錯的可能性（誤差率）應低于1％。

家蠶基因組有4.5億堿基對，約為人類全基因組的1／7，是果蠅基因組的3倍，略大于水稻基因組。我國科學家繪制完成的家蠶基因組“框架圖”，覆蓋度一次性從水稻的4．8倍提高到6倍，大大提高了“框架圖”的質量和準確度，進一步展示了我國的高通量、低成本的基因測序技術，以及高性能計算的能力和軟件編寫上的綜合實力。