【科技】技術(shù)發(fā)展促進(jìn)蠶絲產(chǎn)業(yè)升級(jí)
來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào)
作者：中國(guó)科學(xué)報(bào)
時(shí)間：2012-05-16 09:29:00
家蠶是大家耳熟能詳?shù)囊环N鱗翅目昆蟲(chóng)，一生經(jīng)過(guò)卵、幼蟲(chóng)、蛹和成蟲(chóng)四個(gè)階段。利用家蠶在化蛹之前吐絲結(jié)繭的生物學(xué)特性，蠶農(nóng)栽桑養(yǎng)蠶，繅絲廠從蠶繭中抽出蠶絲，紡織廠將蠶絲織造成享譽(yù)世界的絲綢。并且，蠶蛹因?yàn)榫哂袠O高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值已經(jīng)成為餐桌上的一道美味佳肴。
自從進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，在生物學(xué)技術(shù)不斷革新的背景下，蠶學(xué)研究也取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。依托家蠶轉(zhuǎn)基因技術(shù)，開(kāi)創(chuàng)了家蠶絲腺作為生物反應(yīng)器的先河，促進(jìn)了蠶絲品質(zhì)改良研究的快速發(fā)展。同時(shí)，家蠶基因組學(xué)的研究已經(jīng)取得了重大的進(jìn)展，為家蠶進(jìn)化生物學(xué)、分子生物學(xué)、遺傳學(xué)和發(fā)育生物學(xué)的快速發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
利用快速發(fā)展的科學(xué)技術(shù)促進(jìn)蠶絲產(chǎn)業(yè)的升級(jí)對(duì)于具有五千多年絲綢文化的中國(guó)具有舉足輕重的意義。
家蠶的生物反應(yīng)器研究
2000年，法國(guó)和日本的科學(xué)家合作在《自然—生物技術(shù)》上刊文報(bào)道他們成功研發(fā)了家蠶轉(zhuǎn)基因的技術(shù)。研究人員利用鱗翅目昆蟲(chóng)轉(zhuǎn)座子piggyBac攜帶外源基因插入家蠶基因組中，從而獲得穩(wěn)定遺傳的后代。2002年，在《自然—生物技術(shù)》上發(fā)表的一篇文章報(bào)道，日本科學(xué)家成功獲得了在絲腺中特異性表達(dá)重組人膠原蛋白基因的轉(zhuǎn)基因家蠶，形成的蠶繭中含有人膠原蛋白，從而開(kāi)創(chuàng)了以家蠶絲腺作為生物反應(yīng)器的先河。利用家蠶絲腺具有高效合成和分泌蛋白的優(yōu)點(diǎn)，從而能夠在絲腺中大規(guī)模生產(chǎn)重組的外源蛋白如病毒疫苗顆粒、抗體或多肽類激素等。
蠶絲品質(zhì)改良的研究
2002年，《自然》發(fā)表了我國(guó)復(fù)旦大學(xué)邵正中教授的有關(guān)改善蠶絲纖維性質(zhì)的文章。已有的研究表明蜘蛛牽引絲的物理特性是較蠶絲更加優(yōu)越的天然纖維，邵正中教授的研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)外力改變家蠶吐絲的速度能夠使蠶絲的強(qiáng)度接近蜘蛛牽引絲的強(qiáng)度，他的這一研究為改造蠶絲的品質(zhì)提供了一種新穎的途徑。2003年，刊登在《自然》上的一篇文章解釋了家蠶絲腺中絲素蛋白合成蠶絲纖維的物理化學(xué)機(jī)制。研究人員利用化學(xué)的方法將蠶絲重新溶解成蛋白水溶液，然后將具有與絲膠蛋白相似化學(xué)性質(zhì)的聚氧化乙烯混合到溶解的蠶絲蛋白水溶液中，由于聚氧化乙烯與水分子具有很強(qiáng)的親水性，從而與水溶液中的蠶絲蛋白分子競(jìng)爭(zhēng)水相導(dǎo)致蠶絲蛋白形成膠質(zhì)狀態(tài)，而這種膠質(zhì)狀態(tài)與蠶絲蛋白在絲腺中的狀態(tài)一致，然后在物理噴射力的作用下形成的纖維結(jié)構(gòu)與天然蠶絲的結(jié)構(gòu)具有很高的相似性，這一研究為體外合成蠶絲提供了理論支持。2011年底，在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上發(fā)表了一篇利用家蠶合成蜘蛛牽引絲的文章，其中我國(guó)浙江大學(xué)的繆云根教授以共同第一作者的身份參與了該工作。研究人員新穎地將蜘蛛牽引絲蛋白基因的序列和蠶絲蛋白重鏈基因的序列重組在一起，并利用轉(zhuǎn)基因的方法獲得含有混合基因序列的轉(zhuǎn)基因家蠶。這種轉(zhuǎn)基因家蠶蠶絲的強(qiáng)度和延展性都比普通蠶絲好，并具有與蜘蛛牽引絲相近的韌性。
這種技術(shù)將蜘蛛牽引絲具有優(yōu)質(zhì)的特性和蠶絲具有高產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，創(chuàng)造出來(lái)一種優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的混合絲纖維，這是完美的結(jié)合。
蠶絲不僅是紡織絲綢的原料，同時(shí)也是一種良好的生物學(xué)材料，比如高強(qiáng)度的蠶絲是制作防彈衣的材料，易于被蛋白酶水解的蠶絲是縫合手術(shù)創(chuàng)口的絲線，蠶絲還能夠用于人造骨和人造肌腱。利用物理學(xué)或遺傳學(xué)手段改良蠶絲的品質(zhì)以適合各種不同的需求，能夠廣泛地拓展蠶絲的應(yīng)用范圍。
家蠶基因組學(xué)的研究
2004年，《自然》發(fā)表了我國(guó)西南大學(xué)完成家蠶基因組草圖繪制的文章。他們?cè)谖闹性敿?xì)描述了家蠶基因組的草圖概況，測(cè)序的覆蓋率達(dá)到5.9倍。初步的研究表明家蠶的基因組大小大約為428.7Mb，分別是果蠅和蚊子基因組的3.6倍和1.54倍。同一年，DNA Research也發(fā)表了日本科學(xué)家完成家蠶基因組的草圖測(cè)序的文章，但是測(cè)序的覆蓋率只有3倍。同時(shí)，在《自然》上刊登了對(duì)西南大學(xué)和日本科學(xué)家分別獨(dú)立完成家蠶基因組草圖測(cè)序的評(píng)論，并且提出將中國(guó)西南大學(xué)和日本的基因組測(cè)序數(shù)據(jù)的進(jìn)行整合獲得更高覆蓋率（9倍）的建議。經(jīng)過(guò)我國(guó)西南大學(xué)和日本科學(xué)家的共同努力，終于在2008年實(shí)現(xiàn)了中日家蠶基因組測(cè)序數(shù)據(jù)的整合，從而得到了更加完善的家蠶基因組數(shù)據(jù)庫(kù)。2009年，《自然》又發(fā)表了我國(guó)西南大學(xué)完成包括野蠶在內(nèi)的40個(gè)不同家蠶品系基因組測(cè)序的工作。在這40個(gè)不同家蠶品系的基因組之間，他們鑒定了大約1600萬(wàn)個(gè)SNPs、Indels和結(jié)構(gòu)變異。通過(guò)系統(tǒng)發(fā)育分析發(fā)現(xiàn)家蠶經(jīng)過(guò)5000年的馴化已經(jīng)成功地從野蠶中分化出來(lái)，并且通過(guò)比較基因組學(xué)分析鑒定了354個(gè)與家蠶馴化有關(guān)的候選基因，為理解家蠶馴化的機(jī)制、設(shè)計(jì)害蟲(chóng)防治策略和促進(jìn)家蠶生物反應(yīng)器研究奠定了基礎(chǔ)。
（作者系中科院上海生命科學(xué)研究院博士生）
《中國(guó)科學(xué)報(bào)》 (2012-05-15 B2 生物)
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