提到家蚕(Bombyx mori),人们便会想到丝绸。古老的“丝绸之路”,以及当下的“一带一路”,既是连结亚欧大陆东西方经贸往来的重要通道,也是东西方文明的交汇之路。古代丝绸之路上的贸易除了丝绸,还包括粮食、香料等上千种物资。最终能以“丝绸”命名,足见蚕丝贸易在人类历史发展中的重要地位。家蚕是我国重要的经济昆虫,也是目前为止唯一被人类完全驯化的无脊椎动物。
动植物的驯化推动了人类文明的发展,同时也“改变”了一批动植物的命运——杂草、飞禽走兽被“训练改造成”五谷杂粮、猪马牛羊猫狗鸡鸭。
家蚕的祖先被广泛认为是中国的野桑蚕(Bombyx mandarina)。野桑蚕其貌不扬,且颇为“低调”——其幼虫与成虫都以便于隐藏自身的棕色为主,并在受到刺激后能果断地将自己定格成树枝的样子——即所谓的拟态。像大多数鳞翅目昆虫一样,野桑蚕也能结小而薄的茧。
时光追溯到五千年前,野桑蚕“幸运地”被华夏大地的先人们选中,作为蚕丝生产的“培养对象”。经过长期的驯化、选育以及改良,家蚕的茧丝产量和质量发生了翻天覆地的变化,同时逐渐适应了被人类驯养的生活方式——逐步失去了野外生存能力,成为了完全依靠人类生存的昆虫。
为了揭示从野桑蚕到家蚕的进化之路,中科院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所的研究人员,联合华南师范大学、中科院昆明动物所、江苏科技大学等研究单位,通过合作选取了137个涵盖了不同的地域、化性、眠性等主要种质特征的家蚕种质资源和改良品种,以高通量测序和群体遗传学分析等手段,较为精细地重构了家蚕从驯化到改良的演化历史,这项工作于近日发表在Nature Ecology & Evolution上。
研究人员发现:在众多的家蚕品系之中,中国的三眠地方品种相对更早地从野桑蚕中分离出来;以其为基础,家蚕在中国被进一步驯化成四眠地方品种,同期也沿丝绸之路被传播至欧洲、南亚等地区。改良品种则是在地方品种的基础上,经过强烈、短期,且目的较为明确的人工选择而来的服务于蚕丝生产的品种——目前主要是中国改良品种和日本改良品种。
研究人员通过家蚕与野蚕遗传信息的精细比较、分析,进一步发现家蚕中与氮合成、利用相关的基因,特别是氨基酸代谢通路中的基因与野蚕有明显差异,且个别基因在地方品种和改良品种之间也存在差异。氮的利用与蚕的丝腺发育、蚕丝蛋白的合成息息相关,由此,研究人员推测家蚕的氨基酸代谢系统在调控水平发生了精细变异,最终促进了家蚕茧质性状、产量的显著提升。
该项研究同时公开了这些代表性家蚕品系的全部遗传信息,为后续的家蚕育种改良,以及鉴定控制重要性状的基因提供了宝贵的数据。