BGI Genomics, en collaboration avec la Southwest University, le State Key Laboratory of Silkworm Genome Biology et d'autres partenaires, a construit un ensemble de données de pangénome à haute résolution représentant la quasi-totalité du contenu génomique d'un ver à soie.

Ce document de recherche, fournissant des informations génétiques sur la sélection artificielle (domestication et élevage) et l'adaptation écologique, a été publié le 24 septembre dans Nature Communications .

Auparavant, en raison de la rareté des vers à soie sauvages et des limites techniques des études antérieures, de nombreux sites associés aux traits manquaient. Il s'agit de la première recherche à numériser le pool génétique du ver à soie et à créer un "ver à soie numérique", facilitant grandement la recherche génomique fonctionnelle, favorisant une sélection précise et permettant ainsi des cas d'utilisation supplémentaires de la soie.

L'équipe a séquencé en profondeur 1 078 vers à soie (B. mori, dont 205 souches locales, 194 variétés améliorées et 632 souches génétiques et 47 vers à soie sauvages, B. mandarina) et a assemblé des génomes à lecture longue sur 545 de ces échantillons, générant 55,57 T de données génomiques.

Cet ensemble de données sur le pangénome contient les informations les plus complètes sur les génomes des vers à soie domestiques et sauvages, et est à ce jour le plus grand pangénome à lecture longue au monde pour les plantes et les animaux. Dans le même temps, des études approfondies sur diverses variations génétiques, la structure de la population, la sélection artificielle et les adaptations écologiques et les caractéristiques économiques du ver à soie ont été menées, donnant des résultats fructueux.

Les origines du ver à soie domestique

Le ver à soie domestique, B. mori, domestiqué à partir du ver à soie sauvage du mûrier, B. mandarina. Il a une histoire de plus de 5 000 ans, mais son lieu d'origine de domestication est depuis longtemps une question ouverte, en raison d'un manque de preuves biologiques solides.

Le matériel de cette étude représente la diversité génétique la plus riche de toutes les principales régions de sériciculture du monde. L'étude a révélé que les espèces endémiques de la région du bas et du milieu du fleuve Jaune en Chine sont réparties à la base de la branche du ver à soie domestique sur l'arbre évolutif, suggérant ainsi que le ver à soie domestique est originaire de cette région. Les preuves archéologiques disponibles, y compris un demi-cocon excavé en 1926 dans le village de Xiyin, comté de Xia, province du Shanxi, et une chrysalide de ver à soie sculptée dans la pierre excavée en 2019 à Shicun dans le même comté, apportent un soutien important à cette conclusion.

Briser le goulot d'étranglement dans l'élevage de vers à soie

L'élevage traditionnel des vers à soie a une histoire longue et unique, mais depuis les années 1990, il est resté coincé dans un goulot d'étranglement. L'analyse systématique de la base génétique de la sélection de la domestication et de l'amélioration est essentielle pour résoudre les problèmes non résolus de l'élevage des vers à soie. L'équipe a identifié 468 gènes associés à la domestication et 198 gènes associés à l'amélioration, dont respectivement 264 et 185 sont nouvellement identifiés. Ces gènes seront des cibles candidates importantes pour l'amélioration moléculaire du ver à soie.

Dans le même temps, il a été découvert que les espèces utilitaires chinoises et japonaises partagent moins de 3% des locus d'amélioration. Cela révèle non seulement les histoires de reproduction relativement indépendantes des vers à soie chinois et japonais, mais explique également pourquoi cette base génétique partagée offre de tels avantages hybrides pour les deux espèces. Ce résultat apporte de nouvelles perspectives pour l'élevage futur du ver à soie.

Caractéristiques économiques de l'élevage de vers à soie

Le rendement et la qualité de la soie ont longtemps été ciblés comme les principaux critères économiques de sélection artificielle du ver à soie. Cependant, à ce jour, on sait peu de choses sur la façon dont les gènes et les locus contrôlent ces traits quantitatifs. Le pangénome est sans doute le "pont le plus proche" entre les phénotypes, en particulier les traits complexes.

Un exemple typique est la régulation de la production de soie par le facteur de transcription lié au cycle cellulaire BmE2F1, qui a été révélé par la signalisation de sélection et la variation structurelle. L'inactivation médiée par CRISPR-cas9 de BmE2F1 réduit le nombre de cellules de la glande séricigène de 7,68 % et le rendement en soie de 22 %. À l'inverse, la surexpression transgénique de BmE2F1 augmente le nombre de cellules de la glande séricigène de 23 % et le rendement en soie de 16 %.

La soie fine a des applications uniques et une valeur économique plus élevée, mais la base génétique de la finesse des fibres restait auparavant inconnue. L'analyse de variants rares dans les génomes de variétés élancées a conduit à l'identification de BmChit β-GlcNAcase, un gène contrôlant la finesse de la soie qui peut être détecté de manière significative dans les variétés fines, et de l'inactivation médiée par CRISPR-cas9, entraînant une finesse de soie plus grossière produite par les vers à soie domestiques . Cela suggère que ce gène joue un rôle clé dans la détermination de la finesse de la soie.

Caractéristiques adaptatives de l'élevage du ver à soie

La diapause est un trait adaptatif écologique courant chez les insectes qui garantit que les insectes peuvent survivre malgré des conditions environnementales défavorables. Bien que l'hormone de la diapause ait été identifiée pour la première fois chez le ver à soie en 1957, peu d'informations sont disponibles sur le gène de la diapause embryonnaire. Dans cette étude, basée sur l'analyse de la souche pnd et de la variation structurale génomique chez le ver à soie, et la validation fonctionnelle par édition de gènes, le gène de type BmTret1 s'est révélé être un déterminant important de la stabulation post-embryonnaire. C'est la première fois qu'un gène déterminant post-embryonnaire est identifié chez un insecte.

Cette étude révèle le pan-génome complet du ver à soie pour déverrouiller la sélection artificielle et les idées d'adaptation écologique. Shuaishuai Tai, co-auteur et chercheur principal de BGI Genomics, a commenté :« Avec un échantillonnage et un ensemble de données complets combinés à une variété d'expériences pour identifier les gènes pour une étude potentielle future, nous espérons accélérer le processus de sélection moléculaire du ver à soie. + Explorer plus loin

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