家蚕突变体相关研究进展

2017-01-14杨建华徐安英

中国蚕业 2017年2期

关键词：蚕业家蚕突变体

杨建华徐安英，2

(1江苏科技大学，江苏镇江212003;2中国农业科学院蚕业研究所，江苏镇江212018)

家蚕突变体相关研究进展

杨建华1徐安英1，2

(1江苏科技大学，江苏镇江212003;2中国农业科学院蚕业研究所，江苏镇江212018)

家蚕突变体的发现与鉴定对家蚕功能基因组研究具有十分重要的意义。目前通过自然突变或人工诱导的方式获得了大量的突变材料，涉及家蚕体色、卵色、致死等多个方面。重点介绍了家蚕突变体的鉴定与筛选，基于非定位克隆或定位克隆技术在分子水平上对家蚕突变体进行的相关研究，以及利用家蚕突变品种来鉴定分析突变基因，并展望了家蚕突变种质资源在育种方面的广阔前景。

家蚕;突变体;自然突变;人工诱变;鉴定;育种

家蚕属鳞翅目蚕蛾科家蚕种，是目前唯一一种被完全驯化的昆虫，是一种重要的经济昆虫，在其漫长的生物进化过程中，由于地理环境和气候条件的差异形成了不同的生态类型和地理种群［1］。家蚕作为鳞翅目模式昆虫，其繁殖率高、生长周期短的生长特点以及丰富的遗传背景优势使得它在分子遗传学、结构基因组学和功能基因组学方面的研究都取得了巨大进展。

家蚕的遗传性状丰富多样，为遗传学研究的发展提供了重要材料，其丰富的基因组数据、分子标记连锁图谱、遗传变异图谱等信息使得家蚕突变基因的研究不断深入。目前，家蚕突变基因资源涉及体色、躯体附肢发育、体型体态、变态发育、卵形卵色、致死等多个方面，家蚕现保存有600余种天然突变体［2］，其中300多个突变性状已通过连锁检索和定位方式确定在230多个位点上［3］。随着生物技术的发展，一些重要经济性状的研究为家蚕育种方法提供了新的思路［4］，分子辅助育种与传统育种有效结合，将大大缩短育种年限，提高育种效率。本文就家蚕突变体的形成、鉴定及在育种中的应用等方面展开论述，供同仁参考。

1 家蚕突变体的获得途径

家蚕基因组计划完成之后，其功能基因组的研究就成为家蚕研究领域的重要课题，而突变体为此提供了多样的研究材料［5］。获得家蚕突变体的方法有多种，如自然突变、人工诱变等。其中人工诱变又包括物理诱变、化学诱变以及基因敲除和转基因等多种方式。目前保存的家蚕突变资源大部分来源于自然突变，只有少部分是通过人工诱变的方式筛选出来的。

1.1 自然突变

自然突变在生物界中普遍存在。鲁成等［6］发现了一种由常染色体上隐性基因控制的体节畸形的自然突变体，受环境条件及遗传背景的影响，在胚胎发育中后期致家蚕幼虫畸形，但不具致死性，畸形严重的个体幼虫活动能力受到影响。王先燕等［7］在湘晖原蚕中发现了一种体壁突变蚕，其体壁较厚，大眠蜕皮缓慢，蚕期生命率较高，化蛹蜕皮困难，化蛹的蜕皮大颜色深，虫蛹率低，全茧量和茧层率偏低。赵巧玲等［8］在品种选育过程中发现了酷似鹑斑的突变体褐色类鹑斑和紫色类鹑斑，它们在幼虫时期半月纹和星状纹正常，但无眼状纹。赵巧玲等［9］在C603家蚕品种中发现了一种2龄不眠蚕突变体，其不能正常发育至3龄期，有纯合致死的现象，推测该突变与家蚕体内的蜕皮激素水平相关。康乐群等［10］在P33家蚕品种中发现了一种由常染色体上隐性基因控制的幼虫致死突变，该突变家蚕在3龄期生长缓慢，进入4龄后生长基本停滞，逐渐死亡，有纯合致死的现象。陈安利等［11］发现了一种由隐性基因控制的卵壳突变体l－em，其遵循伪母性遗传，有纯合致死的现象，该突变家蚕的蚕卵在产下约10 min后就出现失水凹陷的现象，1 h左右完全失水溃死，卵壳向中间凹陷，呈三角形。

1.2 物理诱变

一般常用的物理诱变手段是利用不同射线诱变处理，如X射线、γ射线、中子、激光、离子束和紫外线等。辐射诱导的突变效应有可能会遗传，也有可能只是造成某些生理生化效应的改变［12－14］。不同家蚕品种对辐射的敏感性不同，其某些敏感部位受辐射影响可对其生理生化、生产性状等方面产生重要影响［15］。如屠振力等［16］利用碳离子射线(12C5+)分别处理家蚕4龄幼虫的不同组织，发现家蚕不同组织对12C5+射线的敏感性不同，呈剂量效应，且在发育早期进行处理对家蚕生物学效应影响更为明显。代方银等［17］利用60Co－γ射线照射雌蛹，待羽化后与未处理的雄蛾交配，于F3中发现一种由第5连锁群上某隐性基因控制的高度油蚕突变，该突变家蚕无致死性，体质强健，生殖力强。谭安江等［18］利用同步辐射软X射线处理催青卵和蚕蛹，发现其子代的蛋白质和酯酶同工酶结构发生变化，酯酶同工酶活力降低，这有利于其子代体质的增强及蚕茧质量的改善。赵丽华等［19］利用不同剂量碳离子射线处理蚕卵后发现家蚕的孵化率、茧丝质、虫蛹统一生命率均有所提高，但不同剂量对经济性状的影响表现出不同的变化趋势，其中茧丝质随着辐射剂量的提高效果表现更好，虫蛹统一生命率则随剂量的提高而逐渐降低，而孵化率在不同剂量之间不表现某种同一趋势。

1.3 化学诱变

某些化学物质能够与生物体相互作用而导致其发生突变，这些能引起突变的化学物质就是化学诱变剂。化学诱变的应用从20世纪初就已开始，目前使用的化学诱变剂种类很多，且不同诱变剂所导致的诱变结果及诱变效率也各不相同。

广部等将家蚕蚕卵用0.05%～0.40%的秋水仙碱液处理后得到四倍体缺失型突变蚕，村地等用氮芥处理家蚕蚕卵后得到缺失型突变蚕，田岛等为家蚕添食0.018～0.840 μg的5－溴去氧尿核苷和0.200～0.760 μg的5－溴－尿嘧啶(5－BU)后得到多数od斑油家蚕突变体(od)，室田等利用甲基磺酸甲酯(MMS)、甲基磺酸乙酯(EMS)、硫酸二乙酯(DES)和丝裂素C等诱变剂注射蛹体，诱导产生显性致死突变［20］。林英等［21］使用化学诱变剂乙基亚硝酸脲(ENU)、甲基亚硝基脲(MNU)、DES、5－BU、EMS处理家蚕C108品种，筛选得到非滞育红卵，长圆筒茧、小茧、丝胶茧及绵茧突变体，致死突变体及无鳞毛蛾翅突变体，其中MNU、DES诱变效率较高。

1.4 基因敲除和转基因

基因敲除技术是利用基因同源重组及胚胎干细胞技术使得特定基因失活或缺失的技术。传统基因敲除手段包括由随机插入突变进行的基因敲除和利用RNA干扰(RNAi)引起的基因敲除。随着生物技术的发展，出现了锌指核酸酶技术(ZFNs)［22］、类转录激活因子核酸酶技术(TALENs)［23］及成簇规律间隔短回文重复系统技术(CRISPR/Cas9)［24］，这3种基因编辑方式可作为基因敲除的有效手段。对于目前有些基因敲除后无明显表型变化或产生基因致死的现象，采用TALENs和CRISPR/Cas9在一定程度上可以解决这一问题［25－26］。随着生物技术的发展现已形成较为完善的转基因技术体系，这为家蚕突变材料的获得、种质资源的创新、基因功能的研究奠定了基础。转基因家蚕一般是利用分子生物学方法将外源基因导入家蚕染色体中，使之出现不同的性状或产物。在家蚕转基因研究中可通过显微注射、精子介导、弱病毒介导等方法，利用同源重组或转座子系统将外源基因整合到家蚕基因组中［27－32］。但一般通过基因敲除和转基因的方式获得的突变体数量太少，且操作复杂，成本较高。

辛虎虎等［33］利用CRISPR/Cas9获得了Bmsage缺失的纯合体，该突变体幼虫的丝腺异常发育，中后部丝腺缺失，突变体生理特征主要表现在一些细胞组分的改变，与糖类、脂类及氨基酸信号通路相关，因此推测Bmsage可能参与丝腺组织的分化与形成过程。2003年，日本TOMITA等［34］利用转基因技术将人III型胶原蛋白整合到家蚕丝素蛋白中获得能够分泌人胶原蛋白的转基因蚕。唐顺明等［35］利用piggyBac转座子介导的显微注射法获得一种家蚕性染色体转基因突变新品种ZEGFP，其后代呈显性遗传，这为Z染色体相关功能基因的研究提供了良好材料。

2 家蚕突变体的鉴定方法

2.1 形态学和细胞学方法

早期家蚕基因定位的研究都是基于形态学标记所构建的连锁关系而确定的。形态学标记是依据家蚕各时期的体色、体型、斑纹、致死突变及生理生化突变基因所构建的经典遗传图，包括约240个突变基因［36］，这些性状位点坐标的确定为后续家蚕各层次的突变性状的研究提供了一定的基础。虽然形态学标记后使得某些遗传性状的研究较为方便，但由于形态学标记过程受某些遗传现象或环境因素的影响，所以其应用有很大的局限性［37］。细胞学标记技术可对染色体数目和形态进行初步分析，但由于这种标记方式存在难度大和耗时耗力等方面的局限而导致其应用不太广泛［38－39］。

家蚕裸蛹突变体(Nd)主要表现为丝腺退化，不能正常吐丝结茧，刘春等［40］在形态学上对其进行研究发现，突变体的后部丝腺发育缓慢是由于细胞核在分裂过程中发生异常而导致的。李琼艳等［41］利用光学显微镜、扫描电镜和石蜡切片苏木素与伊红(HE)染色技术对正常品系大造、复眼突变系光泽眼(lustrous，lu)和光泽小眼(varnished eye，ve)的复眼表面及内部结构进行了观察，结果发现突变体复眼表面具有光泽，其表面结构及内部结构均发生了明显变化。

2.2 生物化学方法

由于生物体内某些生化性状可作为遗传标记，因此可通过一些蛋白质或酶活性的检测来作为标记以鉴定筛选突变体。蛋白质电泳是常用的鉴别方式，操作简便快速，但蛋白质或酶的表达易受外界环境的影响，所以这种标记技术具有一定的局限性。靳远祥等［42］利用双向凝胶电泳和计算机辅助分析对正常蚕体及非胶着卵(Ng)突变体的雌蛾性附腺分泌部组织提取的蛋白质进行分析，结果发现了一些差异表达蛋白，其中肌动蛋白A3的缺失表达可能与雌性附腺胶状粘性物质的胞外分泌有关。陈安利等［43］利用双向电泳对比分析正常卵与突变卵的卵蛋白，发现一个高丰度的蛋白在正常个体卵巢中表达，而在l－em卵突变个体的卵巢中不表达，质谱鉴定该蛋白即为BmEP80基因编码的BmEP80蛋白。该结果证明了BmEP80蛋白的缺失在突变体的形成中起重要作用。

2.3 现代分子生物学方法

家蚕基因组精细图谱及分子标记连锁图谱为家蚕突变基因的研究提供了重要基础，在分子水平上对家蚕突变基因的研究已取得了很大突破。分子标记是以遗传物质为基础，可直接反映生物个体或种群间遗传物质的多态性，不受个体生长环境及试验条件的影响，与其他方法相比，具有准确、高效等优点。突变基因分布于不同的连锁群，基于非定位克隆及定位克隆技术，按其突变所属类型对不同突变品系进行如下鉴定解析。

2.3.1 基于非定位克隆技术的家蚕突变体基因研究(1)铅黄阿斯科利油蚕(og)。高度油蚕突变体，在蛹期死亡率较高，且雌蛾不育，雄蛾在人工辅助交配的情况下可育，其在生理生化上主要表现为尿酸生成缺陷，突变位于第9连锁群。利用限制性内切酶片段长度多态性(RFLP)连锁分析确定，og突变与钼辅因子硫化酶(molybdenum cofactor sulfurase)基因紧密连锁［44］，此基因突变使酶的活性明显降低，og突变体有2种等位突变，一种为ogk，突变基因有3处共998 bp的明显缺陷，导致基因提前终止;另一种为ogt，有一个微型反向重复序列转位因子插入og基因的外显子中，形成的不稳定拼接造成开放阅读框(ORF)不完全。(2)q油蚕(oq)。oq主要表现在羽化前死亡率高，雌雄蛾均难育，属于尿酸生成缺陷型，突变位于第12连锁群，突变体的黄嘌呤脱氢酶(xanthine dehydrogenase，XDH)活性非常低，oq突变体与此酶的存在形式有关，在正常家蚕脂肪体内有αXDH和βXDH等2种存在形式，其中αXDH发挥主要作用［45］，突变体中编码αXDH蛋白的Bm－XDH1基因的编码序列出现8 bp的缺失，导致编码蛋白不具有黄嘌呤脱氢酶活性。(3)躯体模式突变体。家蚕躯体发育突变主要是发生在E拟等位基因群，在这个突变群中有许多斑纹和附肢突变体，并伴随着基因多效现象。其中纯合的EN突变体由于缺失Ubx和abd－A基因，使其长出类似胸足及胸腹型足之间的足;ECa突变体由于缺失abd－A基因导致腹足无法生长［46］。Nc突变体由于缺失Antp基因使其胸节神经节不完全融合，导致雄性在交配时翅膀扇动由正常的间歇性扇动变为持续不断的扇动［47－48］。

2.3.2 基于定位克隆技术的家蚕突变体基因研究

(1)翅型突变体。家蚕有丰富的翅突变资源，为研究家蚕翅发育提供了良好的材料。目前翅突变的主要性状有小翅、不全翅、无翅、雏翅、伴性无翅、鳌虾蛹、卷翅蛹等，与体色相关的翅突变有白带黑翅、野蚕翅斑、白翅蛹等。无翅突变(fl)纯合体在家蚕的蛹期和蛾期前后翅皆无，蛾的第2对和第3对足发育不良，交尾困难［49］，该突变位于家蚕第10连锁群13 cM处。SATO等［50］利用定位克隆技术确定该突变及其等位点的候选基因是fng糖基转移酶基因，此基因参与Notch信号通路，是位于上游的调控因子。与野生型相比，突变体中fng基因出现不同程度的缺失或无义突变，使得基因不能正常表达，无法激活下游途径而影响翅的生长。残翅突变(Vg)的翅发育不全，有同质型致死现象，该突变位于第1连锁群38.7 cM处。FUJII等［51］确定在突变体中有一段1.5 Mb的基因组缺失，在这段区域中的络氨酸特异的磷酸化酶第3～8外显子缺失，且5!端与缺失片段远端的一个基因的3!端发生融合，导致转录本异常，但目前对于Vg的功能研究还不明确。无鳞毛翅突变(nlw)的鳞毛明显减少，几乎透明，因此也称为透明翅，由隐性基因控制。代方银等［52］将nlw定位在第13染色体上，王修业等［53］利用简单序列重复(SSR)标记和序列标签位点(STS)标记对其构建遗传连锁图及定位分析，ZHOU等［54］对其突变机理研究表明该突变与ASH2基因相关，得到8个与nlw基因连锁的SSR标记和1个STS标记，在ASH2基因开放阅读框中出现12处碱基替换，且自噬相关蛋白(ATG)上游缺失26 bp碱基，导致基因表达受到严重影响。

(2)卵色突变体。家蚕的卵色是由卵壳颜色和浆液膜颜色共同决定的，其中主要是由浆液膜细胞中所含色素决定的，目前卵色突变有红色卵、白色卵、褐色卵等，家蚕卵色呈普通遗传［55］。第2白卵(w－2)产下初期为黄白色后变为淡红色，蛾的复眼为白色。这种突变是由于蛹卵中缺少将3－羟犬尿氨酸转化为色素的酶，该突变位于第10连锁群16.1 cM处［56］。TATEMATSU等［57］确定w－2位点编码一种与果蝇猩红色基因同源的三磷酸腺苷(ATP)结合转运蛋白，它与家蚕White基因形成异二聚体，负责眼色素的转运，但这种异二聚体不能参与尿酸的转运。家蚕第3白卵(w－3)复等位基因群有很多突变基因，其中有很多表现为白卵、复眼白色、不同程度的油蚕，如白卵油蚕(w－3oe)、三聚氰胺诱发白卵油蚕(w－3ml)及青熟白卵油蚕(w－3ol)等。该突变位于第10连锁群19.6 cM处。KOMOTO等［58］发现，在w－3突变体中White3基因的第2外显子出现单碱基缺失，导致第3外显子5!端提前出现终止密码子。红眼红卵突变(re)表现为浆液膜细胞红色，成虫复眼深棕色，孵化率不齐，该突变位于第5连锁群31.7 cM处。另一种等位突变reC的幼虫头部表现为可可色。OSANAI等［59］利用定位克隆确定该突变的候选基因是跨膜蛋白家族中的新成员，由于红卵突变体中该基因的开放阅读框插入一个541 bp的转座子，导致转录本异常，同时对家蚕及其他物种中的干扰实验也进一步证实该基因在眼色素合成中的重要作用。

(3)体色突变体。生物体色对其生存与进化有着十分重要的作用，是一种变异频率较高的生物性状。突变体的幼虫体色主要有赤蚁、黄体色、淡体色、暗化型、油蚕等，这与上表皮细胞中黑色素、墨喋呤(sepiapterin，SP)及尿酸的积累有一定关系。目前对于家蚕体色转变的分子机制还不明确。一般家蚕品种的蚁蚕是黑色，但有些品种因基因突变而表现出赤褐色，即赤蚁。普通常染色体突变赤蚁(ch)在蚁蚕时期表现为全身赤褐色，在壮蚕时期斑纹及气门筛板略呈赤褐色，若与其他性状斑纹叠加则会呈现赤褐色，该突变位于第13连锁群9.6 cM处。煤灰蚕(so)在幼虫时期呈现污灰色，在蛹及成虫期体色黑化，该突变位于第26连锁群0.0 cM处。FUTAHASHI等［60］通过生物信息学分析及定位克隆技术确定家蚕中参与黑色素代谢的Bmyellow和Bmebony基因分别与ch和so突变相关。在ch及其等位突变体中yellow基因外显子受到不同程度的破坏，导致剪切位点突变，而so突变体中ebony基因碳端外显子大段缺失。性染色体突变赤蚁，如伴性赤蚁(sch)在蚁蚕时期头部和体色均呈现红棕色，蜕皮后表现为与野生型相似的黑色，而在胚胎后期具有温敏致死性。sch是由单一基因控制的隐性性状，位于家蚕Z染色体21.5 cM处。LIU等［61］利用定位克隆技术、生物信息学分析及芯片分析技术确定sch突变的候选基因是酪氨酸羟化酶基因(TH)，TH的表达产物是合成黑色素前体物质多巴所必须的酶，而BmTH基因的上游调控序列中插入一个mariner like转座子，使得体内酶含量明显降低而影响蚁蚕的着色和孵化。第2隐性赤蚁(ch－2)在蚁蚕时期全身呈现赤褐色，头部呈黑色，食桑后性状发生改变，赤蚁特征逐渐消失，到1龄盛食后变得与正常蚕相似。与sch相比，ch－2在催青后不表现出温敏致死性，该突变位于第18连锁群0.0 cM处。张蕊等［62－63］利用SSR分子标记技术构建遗传连锁图，并经过精细定位筛选出该突变的候选基因BmCPG6，与野生型相比，突变体在催青第9天时转录本出现156 bp的缺失。黄体色突变主要是由于家蚕体壁中沉积大量的SP及SP脱氨产物所致，目前已发现有6种黄体色突变体，包括黄体色(lem)、黄体色致死(lem1)、显性黄体色(Xan)、显性黄体色C (Xanc)、黄浮黄体色(Sel)及黄起(Ym)。lem在2龄起蚕后体表变黄，幼虫头部频繁晃动，该突变位于第3连锁群端部。体表变黄主要是因为体表处积累了大量的黄蝶啶、SP及2，4－二羟基蝶啶物质。它还有1种等位突变leml，在第1次蜕皮后就停止食桑，在3 d内死去。MENG等［64］对lem位点连锁分析及序列分析发现，突变体中SP还原酶基因出现单个碱基的替换及开放阅读框内序列插入现象，导致基因结构破坏，SP还原酶合成提前终止，使得酶活性严重降低或失活。暗化型突变(mln)是典型的家蚕体色黑化突变品种，其在幼虫期头、胸足、刚毛等骨化部位均呈现黑色，至成虫期全身明显黑化，该突变位于第18连锁群41.5 cM处。这是属于全龄期表现黑化的突变类型且黑化部位与其骨化程度相关［65］。乔梁等［66］利用定位克隆技术确定mln突变的候选基因，发现在突变体中有96 bp的混合序列缺失，而在内含子中又插入了29 bp的序列，导致其产生2种异常转录本，使得编码的潜在异常蛋白破坏了乙酰转移酶结构域。红血突变(rb)在幼虫期皮肤呈现红棕色，血液于空气中变为红色，该突变位于第21连锁群0.0 cM处。MENG等［67］分离出细菌型犬尿氨酸酶候选基因，发现编码基因中出现一个碱基的替换，导致蛋白质产物中第102位的异亮氨酸转变为苏氨酸，使得酶活性明显降低。褐头尾斑突变(bts)的头部、胸足及肛板在幼虫期呈深棕褐色，它还有一种等位突变体第2褐头尾斑(bts2)，一般第2褐头尾斑比褐头尾斑着色深。ITO等［68］利用连锁分型分析发现，2种突变体中的yellow－e基因都出现异常转录本，bts中的yellow－e基因第5外显子缺失，而bts2中的yellow－e基因第6外显子多了385 bp，第7、8外显子处缺失了6 kb片段，导致yellow－e基因的功能域被破坏，功能上出现缺陷。油蚕皮肤透明主要有2个原因:一个是尿酸合成受阻，如oq和og由于XDH活性降低而导致尿酸合成途径异常，蚕体内尿酸含量过低;另一个是生成的尿酸运输受阻，如蜡油蚕突变(ow)，ITO等［69］利用质谱分析(SNP)技术确定该突变的候选基因为Bm-Varp，发现在其开放阅读框的1 291 nt处插入了一段25 bp的片段，从而导致移码，目前推测该基因与尿酸盐在真皮细胞中的转运相关。

(4)茧色及茧丝突变体。蚕茧根据颜色可分为白色茧和彩色茧，蚕茧的颜色与家蚕中肠和中部丝腺的色素透过性相关，受遗传基因控制。天然彩色茧有黄红茧和绿茧2类，黄红茧主要是由类胡萝卜素的种类和分布所控制;绿茧主要是由黄酮类色素的种类和分布所控制［70］。控制家蚕黄红茧系的基因众多，其中黄血基因Y被认为是茧色的决定性因子，其它的茧色基因控制的对应表型的出现都是以Y基因的存在为前提的，这其中包括黄茧基因C、肉色茧基因F、红色茧基因Pk、锈色茧基因Rc等。Y基因编码一个类胡萝卜素结合蛋白(CBP)。C基因的产物为Cameo2，是一个属于CD36家族的跨膜蛋白，该家族的成员为跨膜的脂蛋白受体。Cameo2和CBP分别为跨膜蛋白和胞内载体蛋白，协同促进类胡萝卜素特别是叶黄素由家蚕中肠到丝腺的运输，最终使蚕茧着黄色。而另外一个黄血抑制基因I，可以使类胡萝卜素氧化分解，最终导致无色的血液和白色的蚕茧［71－73］。绿茧b突变(Gb)由于黄酮类物质在蚕茧中积累过多，在紫外光下会呈现出亮黄色的荧光，该蚕茧具有较好的抗紫外穿透能力。DAIMON等［74］发现，Gb位点基因能够编码一种槲皮黄酮5－O－葡糖基转移酶蛋白，由于突变体在该基因处有38 kb的缺失，使得基因结构缺陷。裸蛹突变(Nd)主要表现为茧层较薄，易被撕破，茧丝中只含有丝胶，还有部分幼虫根本无法结茧，该突变位于第25连锁群0.0 cM处。裸蛹突变还有一种等位突变桥本裸蛹(NdH)，杨晓博等［75］利用SSR分子定位技术对裸蛹突变进行连锁定位，精细定位后筛选出1个可能参与裸蛹突变的候选基因;在野生型和突变型中该基因的表达有明显差异，且在突变体中出现异常选择性剪切［76］。丝胶茧突变体(Nd－s)是只含丝胶，易被撕破的蚕茧，其突变是由丝素轻链基因突变导致丝素轻链蛋白不能合成而引起的，位于第14连锁群19.2 cM处，与野生型相比，丝素轻链基因的不同导致蛋白质水平上的表达差异［77－78］。

(5)变态发育类突变体。蜕皮激素和保幼激素对昆虫的变态发育具有一定的调节作用，家蚕中就有一类“蜕皮多态型”突变体——二眠蚕突变(mod)，该突变主要表现为蚕体在经历2次眠期后就进入老熟(也有少量经历3次眠期后老熟的)，且在幼虫期血淋巴中缺乏保幼激素，该突变位于第11连锁群27.4 cM处。DAIMON等［79］通过定位克隆的方式研究发现，二眠蚕突变的候选基因是细胞色素P450家族成员CYP15C1，在mod中该基因的第6外显子有68 bp的缺失，在生化实验和转基因实验中也证明了该基因参与保幼激素的合成，对家蚕的变态发育具有重要作用。还有一类“蜕皮多态型”突变体——光泽不眠蚕突变(nm－g)，该突变幼虫不蜕皮，约存活2周后死亡。NIWA等［80］通过定位克隆技术对nm－g突变体中蜕皮激素的合成路径进行研究，结果发现了1个能够编码短链脱氢酶的蜕皮甾醇合成基因，在其第3外显子处插入一段5.2 kb序列，使得开放阅读框破坏，导致突变体中蜕皮激素浓度很低。

(6)躯体发育突变体。为更好地适应外部环境的改变，昆虫形态会发生多样性改变，这与躯体发育过程中相关基因的差异化表达相关。躯体模式突变中存在很多同源异型突变体，其中除了过剩半月纹退化腹肢为隐性遗传［81－82］外，其他的都是显性突变且大部分突变体为纯合致死，在纯合致死中主要为胚胎后期致死。家蚕躯体模式的主调控基因是同源异型基因(homeotic genes，Hox)，它被定位在第6染色体上。在家蚕中躯体发育突变主要为E群突变，还存在许多与E群突变相类似的变异，涉及到幼虫的斑纹、腹肢、成虫翅及生殖系统等方面［83］。家蚕姬过剩肢突变体主要表现为全身素白，无任何斑纹，在第2腹节有1对形似正常腹肢远端部分的较小过剩腹肢，其爪钩数量少，长度短，在腹肢顶端呈环状。姬过剩肢突变位于第6连锁群的21.2 cM处。李丹丹［84］利用SSR分子标记技术及生物信息学技术对姬过剩肢突变基因定位，筛选出Bm－AbdA候选基因，同时在mRNA及蛋白质水平上对候选基因进行分析，发现了除Bm－AbdA基因原有的3种剪切方式外还存在2种新的剪切方式。

(7)其它突变体。臭蚕突变(sku)幼虫的粪便中因含有过量的异戊酸而散发出异常的气味，且其血淋巴中含有大量的支链氨基酸，在蛹前期就会死亡，该突变位于第22连锁群，表现出常染色体隐性致死的现象。URANO等［85］在对sku的连锁分析中发现，该突变位点与家蚕IVD基因紧密连锁，突变体中IVD基因开放阅读框第1 127位发生碱基替换(G－T)，导致蛋白结构改变，酶活性明显下降。肌肉缺陷型突变(Md)中的雄蛾失去扇动翅膀的能力，影响其移动及捕获信息素完成交配的过程。FJUII等［86］利用缺失定位及染色体片段易位的方式确定其突变位置，得到3个在果蝇中参与肌肉构建及与翅膀运动相关的基因，在突变体中这3个基因均缺失，目前还不清楚哪个基因的缺失会直接导致Md突变。抗2型浓核病突变(nsd－2)对DNV－2病毒不敏感，有明显的抗性，该突变位于第17连锁群，目前经典座位还不确定。ITO等［87］利用BAC文库染色体步移技术，最终筛选出nsd－2的候选基因，该突变基因中有6 kb的缺失，编码的跨膜蛋白的结构域受到损坏，因此可能失去了与病毒颗粒结合或转运病毒的能力。利用转基因技术进一步证实，当该基因存在时，确实能与病毒结合或参与病毒转运，而使家蚕染病死亡。

3 家蚕突变体在育种中的应用

3.1 在抗病品种选育方面的应用

在养蚕业中，病毒性疾病会造成巨大的损失［88］，培育抗病蚕品种是蚕业发展中更加经济有效的方法之一。秦俭等［89］在抗浓核病调查过程中发现了28个抗性品种，之后以斑纹基因作为遗传标记，使得家蚕第15染色体上同时具有抗浓核病基因和斑纹基因眼纹全黑基因，从而培养出带有斑纹标记的家蚕抗浓核病材料，创建了不用添毒筛选抗性品种的选育方法。

3.2 在限性品种选育方面的应用

通过诱发突变所产生的独特效应育成限性品种，如限性斑纹系统、限性卵色系统、限性蚕体色系统等，不仅能够解决生产中雌雄鉴别的问题，大大提高了工作效率，降低了生产成本，而且可以在生产中利用雄蚕缫丝，提高出丝率及生丝品位。刘新涛等［90］以一种黑白双色卵家蚕品种为材料，将黑白卵色基因向2个方向分离为目标，选育出1个白色卵品系、1个黑色卵品系及2个黑卵为雌白卵为雄的黑白限性品系。

3.3 在致死性品种选育方面的应用

我国从俄罗斯引进的家蚕伴性连锁平衡致死品系S－8、S－14等，因其雄蚕与任何品种的雌蚕交配，成活的几乎均为雄卵，实现了专养雄蚕的目的［91］。此后科研人员在经济性状方面不断对其进行改良，并达到了实用化水平，目前已经在浙江省湖州市等蚕区推广应用。利用sch胚胎温敏致死性，通过连续回交的传统育种方式将od100和XT000分别导入夏芳、秋白品种中，成功育成具有高温致死性的蚕品种夏sch和秋sch，其经济性状已达到实用化水平，有较大的应用价值［92］。

3.4 在其它方面的应用

突变品种中的丝胶茧突变体蚕茧只含丝胶，李军等［93］通过杂交育种、系统选育及目的基因定向导入等方法选育出丝胶茧新素材，生产出的高纯度丝胶为食用及化妆品方面的利用提供了高质量材料。在蚕种繁育中，一般会采用散卵来提高原种质量，而蚕卵在产出时表面会附有一层蛋白胶质，使蚕卵具有粘附性，蚕卵无胶质突变使蚕卵不具有粘附性，可以自然形成散卵，省去上浆脱浆等工序，提高了蚕种繁育的效率。林昌麒等［94］采用多元杂交法成功育成蚕卵无胶着力品种9357、9214等，经济性状达到实用化水平，且组配繁育的四元杂交种在农村试养效果良好。

4 结语

基因突变是生物进化的重要动力，作为重要的遗传模式生物——家蚕有着5 000多年的驯化历史，在自然突变和人工选择过程中积累了丰富的突变资源。这些突变体为研究家蚕的生理机制，完善家蚕的代谢途径提供了重要材料。虽然，目前对家蚕突变性状的研究取得了许多重大进展，但仍有一些重要突变的形成机制尚未解析，还需要进一步研究和验证。而且对于突变基因在育种方面的开发还有些滞后，应用于育种工作中的突变基因所占突变基因总量比例很小。因此，在以后的工作中要加大对突变基因的鉴定与培育力度，开发出更多有应用前景的素材，实现家蚕种质创新，提高蚕桑产业的发展空间。分子生物技术与育种工作相结合，在基因水平上分析突变品种的基因型，可以更好地提高育种工作中的选择性，对于有益突变可以通过分子生物学方法与传统育种手段的结合，使育种工作定向发展。

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1007－0982(2017)02－0042－10

10.16839/j.cnki.zgcy.2017.02.009

2016－12－14;接受日期:2017－04－18

现代农业产业技术体系建设专项(编号CARS－22)。

信息:杨建华(1990—)，女，山西朔州，硕士研究生。E-mail:1084030835@qq.com