A BGI Genomics, em colaboração com a Southwest University, o State Key Laboratory of Silkworm Genome Biology e outros parceiros, construiu um conjunto de dados de pangenoma de alta resolução representando quase todo o conteúdo genômico em um bicho-da-seda.
Este trabalho de pesquisa, fornecendo informações genéticas sobre seleção artificial (domesticação e reprodução) e adaptação ecológica, foi publicado em 24 de setembro na Nature Communications .

Anteriormente, devido à escassez de bichos-da-seda selvagens e limitações técnicas de estudos anteriores, muitos locais associados a características estavam faltando. Esta é a primeira pesquisa a digitalizar o pool de genes do bicho-da-seda e criar um "bicho-da-seda digital", facilitando muito a pesquisa genômica funcional, promovendo a reprodução precisa e, assim, permitindo casos de uso de seda adicionais.

A equipe re-sequencia profundamente 1.078 bichos-da-seda (B. mori, incluindo 205 cepas locais, 194 variedades melhoradas e 632 estoques genéticos e 47 bichos-da-seda selvagens, B. mandarina) e monta genomas de leitura longa em 545 dessas amostras, gerando 55,57 T de dados genômicos.

Este conjunto de dados de pangenoma contém as informações mais abrangentes sobre os genomas do bicho-da-seda doméstico e selvagem e é o maior pangenoma de longa leitura do mundo para plantas e animais até hoje. Ao mesmo tempo, estudos aprofundados sobre várias variações genéticas, estrutura populacional, seleção artificial e adaptações ecológicas e características econômicas do bicho-da-seda têm sido realizados, produzindo resultados frutíferos.

As origens do bicho-da-seda doméstico

O bicho-da-seda doméstico, B. mori, domesticado do bicho-da-seda da amoreira selvagem, B. mandarina. Tem uma história de mais de 5.000 anos, mas sua localização de origem de domesticação tem sido uma questão em aberto, devido à falta de fortes evidências biológicas.

O material deste estudo representa a mais rica diversidade genética de todas as principais regiões de sericultura do mundo. O estudo descobriu que as espécies endêmicas da região do baixo e médio rio Amarelo da China estão distribuídas na base do ramo doméstico do bicho-da-seda na árvore evolutiva, sugerindo assim que o bicho-da-seda doméstico se originou nessa região. As evidências arqueológicas disponíveis, incluindo um meio casulo escavado em 1926 na vila de Xiyin, condado de Xia, província de Shanxi, e uma pupa de bicho-da-seda esculpida em pedra escavada em 2019 em Shicun, no mesmo condado, fornecem suporte importante para essa conclusão.

Quebrando o gargalo na criação do bicho-da-seda

A criação tradicional de bichos-da-seda tem uma história longa e única, mas desde a década de 1990 permaneceu presa em um gargalo. A análise sistemática da base genética da domesticação e seleção de melhoramento é essencial para resolver os problemas não resolvidos na criação de bicho-da-seda. A equipe identificou 468 genes associados à domesticação e 198 genes associados à melhoria, dos quais, respectivamente, 264 e 185 foram identificados recentemente. Esses genes serão importantes alvos candidatos para o melhoramento molecular do bicho-da-seda.

Ao mesmo tempo, descobriu-se que as espécies utilitárias chinesas e japonesas compartilham menos de 3% dos loci de melhoramento. Isso não apenas revela as histórias de reprodução relativamente independentes do bicho-da-seda chinês e japonês, mas também explica por que essa base genética compartilhada oferece vantagens híbridas para ambas as espécies. Este resultado lança novos insights para a criação futura do bicho-da-seda.

Características econômicas da criação de bicho-da-seda

O rendimento e a qualidade da seda têm sido apontados como os principais critérios econômicos para a seleção artificial do bicho-da-seda. No entanto, até o momento, pouco se sabe sobre como os genes e loci controlam essas características quantitativas. O pangenoma é sem dúvida a "ponte mais próxima" entre os fenótipos, especialmente os traços complexos.

Um caso em questão é a regulação da produção de seda pelo fator de transcrição relacionado ao ciclo celular BmE2F1, que foi revelado por meio de sinalização de seleção e variação estrutural. O knockout de BmE2F1 mediado por CRISPR-cas9 reduz o número de células da glândula de seda em 7,68% e o rendimento de seda em 22%. Por outro lado, a superexpressão transgênica de BmE2F1 aumenta o número de células da glândula de seda em 23% e o rendimento de seda em 16%.

A seda fina tem aplicações únicas e maior valor econômico, mas a base genética da finura da fibra permaneceu desconhecida. A análise de variantes raras nos genomas de variedades esbeltas levou à identificação de BmChit β-GlcNAcase, um gene que controla a finura da seda que pode ser detectado significativamente em variedades finas, e nocaute mediado por CRISPR-cas9, resultando em finura de seda mais grossa produzida por bichos-da-seda domésticos . Isso sugere que este gene desempenha um papel fundamental na determinação da finura da seda.

Traços adaptativos da criação de bicho-da-seda

A diapausa é uma característica ecológica adaptativa comum em insetos que garante que os insetos possam sobreviver apesar das condições ambientais desfavoráveis. Embora o hormônio da diapausa tenha sido identificado pela primeira vez no bicho-da-seda em 1957, pouca informação está disponível sobre o gene da dipausa embrionária. Neste estudo, baseado na análise da cepa pnd e variação estrutural genômica no bicho-da-seda, e validação funcional por edição gênica, o gene BmTret1-like revelou-se um importante determinante da estagnação pós-embrionária. Esta é a primeira vez que um gene determinante pós-embrionário foi identificado em um inseto.

Este estudo revela o pan-genoma completo do bicho-da-seda para desbloquear a seleção artificial e insights de adaptação ecológica. Shuaishuai Tai, co-autor e pesquisador sênior da BGI Genomics comentou:"Com amostragem abrangente e conjunto de dados combinados com uma variedade de experimentos para identificar genes para estudo potencial futuro, esperamos acelerar o processo de criação de design molecular de bicho-da-seda". + Explorar mais

O estudo genético do bicho-da-seda ajuda a desvendar sua longa história de domesticação