20年前的今天，我国科学家绘制出世界首张家蚕基因组框架图

2003年11月15日，我国科学家利用霰弹法测序完成世界上首个家蚕基因组框架图绘制工作。这是我国科学家继完成人类基因组1%测序工作、水稻基因组框架图和精细图之后，向人类贡献的第三大基因组研究成果。

世界首张家蚕基因组框架图

200多本泛黄的手册，记录着从20世纪40年代开始的研究记录，至今已有700多个家蚕遗传系统……在西南大学家蚕基因组生物学国家重点实验室，蚕桑遗传育种专家、中国工程院院士向仲怀和先师蒋同庆教授带领团队建立起的全世界最大家蚕基因资源库。正是在此基础上，团队培育出多个优质高产蚕品种，有的至今还在广泛使用。

实验室里还有一件特别的“宝贝”--一张长达数米的长卷，上面排列着红蓝相间、长短不一的若干组条码。这就是世界第一张高质量家蚕基因组框架图。

“各种生命的奥秘，都潜藏在基因的碱基序列中。”面对这张框架图，向仲怀感慨万千地说，家蚕在基础生命体系、能量代谢和遗传方式上与人类有很大的相似性，也是国际公认的鳞翅目模式昆虫，有70%的农林害虫也属于鳞翅目。因此，家蚕基因组研究对发展新型蚕丝产业、生物制药、农林害虫防治以及医学生物学等领域，都有着深远的影响。

国际上关于家蚕基因组研究的竞争其实早已开始。20世纪处于世界蚕业领先地位的日本，在2003年3月单方面终止原定的中日合作协定，独自启动了家蚕基因组测序。面对这场严峻的国际竞争，向仲怀决定破釜沉舟拼一场，“基因组研究是提升学科水平和产业发展的基础，谁抢占制高点，谁就处处领先。”

2003年6月初，团队进驻北京华大基因组研究所，双方紧急启动家蚕基因组测序计划。“大家平均每天工作十几个小时，吃盒饭、睡地铺，连续奋战。后来，不少人都累病了。”回忆起当时的情形，向仲怀眼睛湿润了。

8月25日，团队比预定时间提前5天完成550万个测序反应；10月7日，完成组装拼接……400多名科研人员夜以继日工作150多天后，11月15日，重庆市政府举行新闻发布会，宣布中国科学家绘制完成世界上第一张家蚕基因组框架图。

“21世纪丝绸之路”起点和里程碑

据生物信息学的分析推断，家蚕约有两万个基因，我国科学家利用霰弹法测序共注释获得了16948个完整基因，7285个基因片段，其中约6000个基因为新发现。课题组在家蚕基因组结构特征、基因的组织、进化和比较基因组学方面，也获得了一批具有重要价值的理论成果。计算机组装和数据分析结果表明，基因组测序完成了6倍的覆盖深度，所获序列覆盖了家蚕基因组的95.54%，精确度达到了99.95%，完全达到了高质量工作框架图的要求。

中国是世界蚕丝业的起源地。目前以现代科技为核心，以基因组研究为平台，从家蚕入手，找到并构筑一条以突破蚕业技术、根治鳞翅目类农林害虫、开发生物药品为主要内容的“21世纪丝绸之路”，已成为各国蚕业科学家的共识，并为此展开了激烈的国际竞争。

向仲怀说：“我国率先向世界公布第一个家蚕基因组框架图，标志着我国在家蚕基因组研究方面已居世界领先地位，也是建立‘21世纪丝绸之路’的起点和里程碑。”

家蚕全基因组有4.5亿个碱基对，约为人类全基因组的七分之一，略大于水稻基因组，但科研人员仅用了5个多月的时间就完成了从cDNA文库构建到测序和组装框架图的所有工作，创下了基因组研究的最快纪录，并且优化了基因组测序技术，大幅度降低了研究成本，提高了框架图的质量和准确度。

历时数年解析“千蚕基因组”

家蚕是重要的经济昆虫和新兴模式生物，但之前仅有单一参考基因组及部分重测序，尚不足以支撑基因组变异和优良基因的深度挖掘，尤其对于分子育种具有显著局限。因此家蚕种质资源基因组数字化、构建家蚕超级泛基因组图谱尤为重要。

2003年，家蚕基因组框架图绘制完成以来，科学界不断地对家蚕基因组进行测序研究，希望绘制出更全更有深度的精细图。不过以前的家蚕群体基因组学研究样本数目都只有几十个或100多个，且都是基于二代测序技术，测序读长短，样本少，获得的信息有限。随着三代测序技术的成熟，泛基因组研究得以实现。

家蚕基因组生物学国家重点实验室主任、国家蚕桑产业技术体系首席科学家代方银教授团队历时4年对1078份蚕种质资源进行了深度测序，在全球首次绘就家蚕超级泛基因组图谱。

“这1078份蚕种质资源覆盖了‘丝绸之路’各主要蚕区，涵盖全世界家蚕代表性种质资源的90%以上，样本规模大，覆盖范围广。”代方银介绍，这个“千蚕基因组”中，包括47个野桑蚕、205个家蚕地方种、194个实用种和632个突变体。

该项目的测序样本数超过了1000份，对其中545份代表性资源进行了三代测序，组装了545个蚕的高质量基因组，获得了最广泛的家蚕遗传变异信息。该超级泛基因组囊括了目前最全面的家蚕和野桑蚕基因组信息，是迄今全球动植物中最大的长读长泛基因组，也是最高质量的家蚕基因组图谱。

“家蚕超级泛基因组的完成将突破家蚕育种瓶颈，开启家蚕分子育种的新纪元。”向仲怀指出，这是百年来家蚕研究最大的成果，让蚕学科跨入了信息化时代，开启了家蚕功能基因组研究和分子育种研究的新篇章，是科学技术支持振兴蚕丝业的新起点。

有了这本家蚕基因组的“数字字典”，团队对蚕的各种遗传变异、群体结构、人工选择和生态适应性及经济性状开展了深入的研究，许多家蚕研究之谜也迎刃而解。