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繭絲動態(tài)

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【科技】技術發(fā)展促進蠶絲產業(yè)升級

來源：中國科學報

作者：中國科學報

時間：2012-05-16 09:29:00

家蠶是大家耳熟能詳?shù)囊环N鱗翅目昆蟲，一生經過卵、幼蟲、蛹和成蟲四個階段。利用家蠶在化蛹之前吐絲結繭的生物學特性，蠶農栽桑養(yǎng)蠶，繅絲廠從蠶繭中抽出蠶絲，紡織廠將蠶絲織造成享譽世界的絲綢。并且，蠶蛹因為具有極高的營養(yǎng)價值已經成為餐桌上的一道美味佳肴。

自從進入21世紀以來，在生物學技術不斷革新的背景下，蠶學研究也取得了突飛猛進的發(fā)展。依托家蠶轉基因技術，開創(chuàng)了家蠶絲腺作為生物反應器的先河，促進了蠶絲品質改良研究的快速發(fā)展。同時，家蠶基因組學的研究已經取得了重大的進展，為家蠶進化生物學、分子生物學、遺傳學和發(fā)育生物學的快速發(fā)展奠定了基礎。

利用快速發(fā)展的科學技術促進蠶絲產業(yè)的升級對于具有五千多年絲綢文化的中國具有舉足輕重的意義。

家蠶的生物反應器研究

2000年，法國和日本的科學家合作在《自然—生物技術》上刊文報道他們成功研發(fā)了家蠶轉基因的技術。研究人員利用鱗翅目昆蟲轉座子piggyBac攜帶外源基因插入家蠶基因組中，從而獲得穩(wěn)定遺傳的后代。2002年，在《自然—生物技術》上發(fā)表的一篇文章報道，日本科學家成功獲得了在絲腺中特異性表達重組人膠原蛋白基因的轉基因家蠶，形成的蠶繭中含有人膠原蛋白，從而開創(chuàng)了以家蠶絲腺作為生物反應器的先河。利用家蠶絲腺具有高效合成和分泌蛋白的優(yōu)點，從而能夠在絲腺中大規(guī)模生產重組的外源蛋白如病毒疫苗顆粒、抗體或多肽類激素等。

蠶絲品質改良的研究

2002年，《自然》發(fā)表了我國復旦大學邵正中教授的有關改善蠶絲纖維性質的文章。已有的研究表明蜘蛛牽引絲的物理特性是較蠶絲更加優(yōu)越的天然纖維，邵正中教授的研究發(fā)現(xiàn)通過外力改變家蠶吐絲的速度能夠使蠶絲的強度接近蜘蛛牽引絲的強度，他的這一研究為改造蠶絲的品質提供了一種新穎的途徑。2003年，刊登在《自然》上的一篇文章解釋了家蠶絲腺中絲素蛋白合成蠶絲纖維的物理化學機制。研究人員利用化學的方法將蠶絲重新溶解成蛋白水溶液，然后將具有與絲膠蛋白相似化學性質的聚氧化乙烯混合到溶解的蠶絲蛋白水溶液中，由于聚氧化乙烯與水分子具有很強的親水性，從而與水溶液中的蠶絲蛋白分子競爭水相導致蠶絲蛋白形成膠質狀態(tài)，而這種膠質狀態(tài)與蠶絲蛋白在絲腺中的狀態(tài)一致，然后在物理噴射力的作用下形成的纖維結構與天然蠶絲的結構具有很高的相似性，這一研究為體外合成蠶絲提供了理論支持。2011年底，在《美國國家科學院院刊》上發(fā)表了一篇利用家蠶合成蜘蛛牽引絲的文章，其中我國浙江大學的繆云根教授以共同第一作者的身份參與了該工作。研究人員新穎地將蜘蛛牽引絲蛋白基因的序列和蠶絲蛋白重鏈基因的序列重組在一起，并利用轉基因的方法獲得含有混合基因序列的轉基因家蠶。這種轉基因家蠶蠶絲的強度和延展性都比普通蠶絲好，并具有與蜘蛛牽引絲相近的韌性。

這種技術將蜘蛛牽引絲具有優(yōu)質的特性和蠶絲具有高產的優(yōu)點結合起來，創(chuàng)造出來一種優(yōu)質高產的混合絲纖維，這是完美的結合。

蠶絲不僅是紡織絲綢的原料，同時也是一種良好的生物學材料，比如高強度的蠶絲是制作防彈衣的材料，易于被蛋白酶水解的蠶絲是縫合手術創(chuàng)口的絲線，蠶絲還能夠用于人造骨和人造肌腱。利用物理學或遺傳學手段改良蠶絲的品質以適合各種不同的需求，能夠廣泛地拓展蠶絲的應用范圍。

家蠶基因組學的研究

2004年，《自然》發(fā)表了我國西南大學完成家蠶基因組草圖繪制的文章。他們在文中詳細描述了家蠶基因組的草圖概況，測序的覆蓋率達到5.9倍。初步的研究表明家蠶的基因組大小大約為428.7Mb，分別是果蠅和蚊子基因組的3.6倍和1.54倍。同一年，DNA Research也發(fā)表了日本科學家完成家蠶基因組的草圖測序的文章，但是測序的覆蓋率只有3倍。同時，在《自然》上刊登了對西南大學和日本科學家分別獨立完成家蠶基因組草圖測序的評論，并且提出將中國西南大學和日本的基因組測序數(shù)據(jù)的進行整合獲得更高覆蓋率（9倍）的建議。經過我國西南大學和日本科學家的共同努力，終于在2008年實現(xiàn)了中日家蠶基因組測序數(shù)據(jù)的整合，從而得到了更加完善的家蠶基因組數(shù)據(jù)庫。2009年，《自然》又發(fā)表了我國西南大學完成包括野蠶在內的40個不同家蠶品系基因組測序的工作。在這40個不同家蠶品系的基因組之間，他們鑒定了大約1600萬個SNPs、Indels和結構變異。通過系統(tǒng)發(fā)育分析發(fā)現(xiàn)家蠶經過5000年的馴化已經成功地從野蠶中分化出來，并且通過比較基因組學分析鑒定了354個與家蠶馴化有關的候選基因，為理解家蠶馴化的機制、設計害蟲防治策略和促進家蠶生物反應器研究奠定了基礎。

（作者系中科院上海生命科學研究院博士生）

《中國科學報》 (2012-05-15 B2 生物)

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