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研究提醒黑水虻独特生物学特点的遗传基本并完成品系改进

2019-12-02 分子植物迷信卓越创新中间/植物心思生态研究所
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  11月26日,国际学术期刊Cell Research 在线发表了中国迷信院分子植物迷信卓越创新中间黄勇平研究组结合詹帅研究组、王四宝研究组及华中农业大年夜学传授喻子牛、浙江大年夜学副传授张志剑和华中师范大年夜学传授杨红等团队协作完成的研究任务“Genomic landscape and genetic manipulation of the black soldier fly Hermetia illucens, a natural waste recycler”。该研究经过过程整合基因组、转录组、宏基因组等多组学手段提醒了黑水虻独特生物学特点的遗传基本,并经过过程基因编辑等手段完成了黑水虻品系的初步改进。

  随着人口增长和城市化过程的生长,城市生活渣滓等污染成绩日趋严重。传统的渣滓处理方法(如填埋、燃烧等)由于占地和二次污染等成绩已没法满足国度生态文明扶植筹划和城市情况可持续生长的请求。乡村家禽和家畜豢养过程当中产生的渗出物也须要更好的处理方法。新型有害化、可持续应用的渣滓处理方法亟待开辟与应用。黑水虻(Hermetia illucens)是腐生性的双翅目水虻科虫豸,可以或许生计在肮脏情况中取食粪便等无机放弃物,并转化为本身贮存的高蛋白,广泛应用于低价值的植物饲料。是以,具有资本化应用无机放弃物的巨大年夜潜力。但经久以来,由于缺乏基因组资本和遗传操作手段,严重制约了黑水虻分子程度的功能研究和品系的遗传改进。

  研究人员经过过程高通量测序和生物信息分析构建了黑水虻1.1Gb高质量基因组,猜想了16700个黑水虻蛋白编码基因,基因组覆盖度接近100%。黑水虻基因组远大年夜于重要的双翅目蝇类虫豸,存在大年夜量的反复片段和基因组复制景象。比较基因组分析显示:黑水虻的解毒基因、嗅觉受体、免疫通路等基因家族产生明显扩大。特别是免疫通路的辨认与效应模块,同时在黑水虻与家蝇基因组中大年夜量复制,提示虫豸对肮脏情况的适应能够是经过过程免疫辨认与效应模块的复制来完成。研究人员进一步商量黑水虻取食不合粪便和餐厨渣滓后本身基因表达和肠道微生物群落的变更情况,发明黑水虻照应不合种类无机放弃物的是同一批基因,包含大年夜量的免疫、消化相干基因及物种特异性基因,而肠道菌群的多样性受不合种类无机放弃物的影响较大年夜,但厚壁菌门一直占据优势地位。研究人员还初次建立了黑水虻基因编辑平台,经过过程CRISPR/Cas9技巧成功敲除黑水虻滞育相干基因Ptth和翅发育调理基因Vg。个中,Ptth突变体黑水虻发育停止在幼虫期逾越90天,可完成幼虫期持续取食,明显晋升黑水虻的应用效力;Vg突变体黑水虻幼虫发育正常,但成虫掉去飞翔才能,借助公道的遗传手段有望明显降低黑水虻成虫的豢养和收受接收难度。

  资本虫豸的研究和应用是虫豸迷信的重要研究范畴。分子植物卓越中间有多个团队从事家蚕和黑水虻等资本虫豸的研究,努力于经过过程基因编辑、分解生物学等手段提醒资本虫豸重要性状的分子机制,并完成资本虫豸的种质改进和工业化应用。该项研究由多家科研单位、多个研究组协作完成,研究成果为黑水虻品系的改进与工业化应用奠定了重要基本。华中农业大年夜学传授张吉斌团队供献了重要的水虻品系和相干材料,詹帅和王四宝团队各自发挥了重要感化。分子植物卓越中间研究生房刚奇、寇宗庆与华中农业大年夜学博士蔡珉珉为该论文的合营第一作者,黄勇平和詹帅、张吉斌和美国德州农工大年夜学Jeffery K. Tomberlin为合营通信作者;杨红、张志剑等指导了部分任务的展开。该研究取得中科院和科技部项目标赞助。

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