家蠶基因圖譜

我國是世界上最早栽桑養(yǎng)蠶的國家，蠶桑在中華文明形成和傳播過程中，具有不可替代的作用。本世紀(jì)初年，基于蠶業(yè)格局的發(fā)展變化，國家提出了振興蠶業(yè)的“東桑西移”戰(zhàn)略，與此同時(shí)，一項(xiàng)針對(duì)蠶業(yè)復(fù)興的科技計(jì)劃，也悄然展開。

2003年5月18日，在西南大學(xué)科技樓辦公室里，中國工程院院士向仲懷和他的幾位弟子夏慶友、周澤揚(yáng)、魯成、吳大洋等人，正面臨著一個(gè)艱難而又緊迫的抉擇。（圖1）

兩個(gè)月前，原本計(jì)劃由中日雙方聯(lián)合攻關(guān)的家蠶基因組框架圖，卻由于日本單方面自行啟動(dòng)而終止，擺在向仲懷他們面前只有兩條路：要么讓日本科學(xué)家捷足先登；要么破釜沉舟，自冒風(fēng)險(xiǎn)，與日本方面展開競(jìng)爭。

夏慶友（西南大學(xué)教授）：當(dāng)時(shí)要回答一個(gè)問題，這件事能不能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成？把握只有七成左右，不是百分之百。當(dāng)晚要做決定時(shí)，心里很矛盾。要做就得拼命，把七成做到十成。如果不做，壓力小一點(diǎn)，但很遺憾。（圖2）

那一夜，他們徹夜未眠，直到拂曉時(shí)分才做出一個(gè)決定，為了維護(hù)國家利益，立即啟動(dòng)中國家蠶基因組計(jì)劃，這一刻，意味著他們開始了一場(chǎng)沒有退路的攻堅(jiān)戰(zhàn)。

夏慶友：作為競(jìng)爭對(duì)手，日本方面已有5年的準(zhǔn)備，技術(shù)先進(jìn)，資金充足，有好的團(tuán)隊(duì)，集全國之力在做。而我們沒有太多技術(shù)，經(jīng)費(fèi)短缺，團(tuán)隊(duì)也沒日方大。

不僅如此，當(dāng)時(shí)人們對(duì)于家蠶基因框架圖的概念還不熟悉，不能理解為了繪制這張框架圖，要投入大量人力和物力，花費(fèi)幾千萬元巨額資金，而結(jié)果卻只有一張圖譜，這似乎有點(diǎn)不值。

夏慶友： 稍微超前的研究，很多人不理解，同行、政府都可能不理解。但總得頂住壓力，通過努力解決困難。

在此后的五個(gè)多月里，夏慶友帶領(lǐng)整個(gè)團(tuán)隊(duì)，進(jìn)駐中國科學(xué)院北京基因研究所，正式開始對(duì)家蠶基因組的測(cè)序工作，向仲懷院士則往返于北京和重慶之間，指導(dǎo)研究。

2003年6月，北京華大基因研究中心，測(cè)序儀器以每天產(chǎn)生10萬條數(shù)據(jù)的速度高速運(yùn)行，300多名工作人員和120多名技術(shù)人員，平均每天工作十四五個(gè)小時(shí)。

他們?yōu)楹我ㄙM(fèi)如此大的精力，開展這項(xiàng)所謂超前研究呢？家蠶基因組框架圖，究竟是一張什么圖，值得如此勞師動(dòng)眾？

基因組研究是20世紀(jì)生物科學(xué)發(fā)展中最受關(guān)注的領(lǐng)域之一。地球上千姿百態(tài)的物種，其生命的一切奧秘，主要隱藏在自身DNA的堿基序列中。基因組研究的目的，就是闡明生物所擁有的全部遺傳信息，在分子水平上探索所有生命現(xiàn)象的內(nèi)在機(jī)制。

2001年，由日本組織，在法國里昂召開了國際鱗翅目昆蟲基因組計(jì)劃籌備會(huì)議，家蠶基因組國際合作組織開始啟動(dòng)。然而，令人意外的是，蠶絲產(chǎn)量占世界總量70%的中國竟然未被邀請(qǐng)參加，這讓向仲懷院士感到很不是滋味，由此也產(chǎn)生了一種危機(jī)感。

家蠶起源于中國，是由古代棲息于桑樹的原始蠶馴化而來，早在四、五千年前，我們的祖先就學(xué)會(huì)了栽桑養(yǎng)蠶，是舉世公認(rèn)的偉大發(fā)明之一。

然而近一百年來，世界蠶絲業(yè)的中心發(fā)生了幾次大轉(zhuǎn)移，現(xiàn)代蠶業(yè)的技術(shù)體系最終在日本形成。雖然，目前我國繭絲量和出口量分別占世界的70%和80%以上，但蠶業(yè)科學(xué)基礎(chǔ)研究方面仍落后于日本。

向仲懷：我們的傳統(tǒng)技術(shù)，都是上世紀(jì)二、三十年代所用的技術(shù)，蠶的科技發(fā)展處于平臺(tái)期，產(chǎn)品的品質(zhì)、蠶自身的抗性，特別需要新的材料去改善品種，需要新的技術(shù)去研究。

實(shí)際上，早在人類基因組公布的前5年，也就是1995年9月，向仲懷院士和中國科技大學(xué)李振剛教授就提出了家蠶基因組計(jì)劃的設(shè)想，并于2002年聯(lián)合多位院士發(fā)表了《院士建議》，呼吁盡快啟動(dòng)中國家蠶基因組計(jì)劃。

向仲懷：研究家蠶基因的目的，一是想從根本上改變傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)。另一個(gè)是，想通過研究蠶的缺陷，建立一個(gè)模式生物系統(tǒng)，跟人類健康有關(guān)的模式。如果取得成功，可用家蠶篩選藥物。

為此，西南大學(xué)迅速啟動(dòng)了大規(guī)模的家蠶EST測(cè)序研究，經(jīng)過四個(gè)月的努力，完成了10萬條測(cè)序工作，為家蠶基因組框架圖的繪制，奠定了良好基礎(chǔ)。

鑒于中國取得的成就，日本方面表現(xiàn)出積極態(tài)度，表示愿意與中國合作。此后雙方達(dá)成協(xié)議，確定由日本和中國牽頭，共同開展家蠶基因組框架圖的繪制工作，雙方各完成任務(wù)的一半。

然而，就在向仲懷院士和同事們即將與日本展開合作時(shí)，陰影卻不期而至。2003年初，日方突然單獨(dú)啟動(dòng)了這項(xiàng)工作，并提出集中全日本的優(yōu)勢(shì)，以家蠶基因組計(jì)劃開創(chuàng)由日本出發(fā)的絲綢之路，還將2003年命名為日本絲綢之路元年。

中國是絲綢的故鄉(xiāng)。我國西南地區(qū)的巴蜀盆地和成都平原，由于氣候條件適宜，蠶桑業(yè)一度得到長足發(fā)展。早在秦漢時(shí)期，蜀地產(chǎn)出的絲綢就以精美而著稱于世，商旅穿行于高山峽谷之間，將巴蜀的絲綢遠(yuǎn)銷到歐亞各國。

古代絲綢之路開啟了中國乃至人類歷史上中西文明的碰撞與交匯的先河，隨著駝鈴聲的遠(yuǎn)去，它逐漸淡出人們的視線。但是，作為傳播文明火種的通道，它永久載入了人類與社會(huì)發(fā)展的史冊(cè)。

向仲懷：絲綢之路是中華文明的一個(gè)符號(hào)。一提起絲綢之路世界上每個(gè)角落都知道，對(duì)中華文明的傳播起到了重要作用。

夏慶友：絲綢之路是一個(gè)重要的文化交流現(xiàn)象，我們要記住它，繼承它。在絲綢方面我們?nèi)匀皇且粋€(gè)重要國家，有能力作出貢獻(xiàn)。

然而，這樣一個(gè)深烙在中國的文化標(biāo)記，卻遭遇到所謂“由日本出發(fā)的絲綢之路”的挑戰(zhàn)，面對(duì)日方的不守信用與傲慢，向仲懷他們沒有別的選擇，只有迎難而上。

這是一場(chǎng)關(guān)系到我國在家蠶基因的國際競(jìng)爭中，能否占據(jù)主動(dòng)地位，21世紀(jì)的絲綢之路是從中國開始，還是從別的地方開始的問題。

向仲懷院士當(dāng)機(jī)立斷，決定把西南大學(xué)蠶桑學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室多年積累的全部家當(dāng)拿出來，作為啟動(dòng)資金，由此拉開了他們?cè)诒本┑谋乘粦?zhàn)。

那段時(shí)間，夏慶友和同事們幾乎沒睡過一個(gè)完整覺。夜以繼日，歷時(shí)5個(gè)月的艱辛工作，共完成550萬個(gè)測(cè)序反應(yīng)，每個(gè)測(cè)序反應(yīng)獲得平均測(cè)序長度為610堿基對(duì)，2003年10月7日，家蠶基因組測(cè)序最后拼接完成。（圖3）

根據(jù)基因結(jié)構(gòu)的普遍規(guī)律和家蠶基因組的特殊性，經(jīng)過反復(fù)研究校正，最終確定了18510個(gè)家蠶基因，在此基礎(chǔ)上，繪制出一張包含家蠶全基因組序列信息，DNA序列排列特征，基因的位置和結(jié)構(gòu)等內(nèi)容的圖譜，這就是家蠶基因組框架圖。（圖4——1 圖4——2）（圖5）

夏慶友：這讓家蠶研究提前了五六年。這些基礎(chǔ)研究進(jìn)展，可帶來很多成果，我們是最大的受益者，因?yàn)橹袊凶畲蟮酿B(yǎng)蠶業(yè)，是繅絲產(chǎn)量最大的國家。（圖6）（圖7）

2003年11月15日，重慶市政府和中國科學(xué)院聯(lián)合在重慶召開新聞發(fā)布會(huì)，向世界宣布家蠶基因組框架圖繪制完成。這是世界上首張家蠶基因組框架圖，是我國科學(xué)家繼完成人類基因組1%測(cè)序工作，水稻基因組框架圖和精細(xì)圖之后，向人類貢獻(xiàn)的第三大基因研究成果，標(biāo)志著我國邁入了基因組科技強(qiáng)國的行列。而此時(shí)，日本方面仍沒有傳出測(cè)序完成的消息。

夏慶友：認(rèn)識(shí)家蠶、改造家蠶，利用家蠶為人民服務(wù)，在分子層面來講就是認(rèn)識(shí)蠶的基因，利用蠶的基因，改造蠶的基因，為人類服務(wù)。

代方銀（西南大學(xué)教授）：在蠶的整個(gè)發(fā)育周期里，所有的遺傳性狀，都有不同特點(diǎn)。每一個(gè)遺傳表現(xiàn)，都是由基因支配的，基因特點(diǎn)不同，它的功能就不同，表型也不同。

家蠶是雌雄異體昆蟲，正常情況下各占50%，但由于雌蠶需要消耗營養(yǎng)產(chǎn)卵，因此產(chǎn)絲量小，人們?cè)肴绻芨淖兗倚Q的性別，多產(chǎn)雄蠶，就能增加產(chǎn)絲量。

通過對(duì)家蠶基因圖譜的研究，現(xiàn)在，西南大學(xué)已經(jīng)找到數(shù)十個(gè)性別開關(guān)的基因，以這些基因?yàn)榫€索，可以對(duì)家蠶性別進(jìn)行控制。

研究人員利用家蠶基因，已經(jīng)培養(yǎng)出轉(zhuǎn)基因的彩色蠶繭，有綠色、黃色、紅色、白色等。傳統(tǒng)的彩色蠶繭需要經(jīng)過染色才能著色，轉(zhuǎn)基因的彩色蠶繭則是純天然的，不需要經(jīng)過任何化學(xué)染色。（圖8）

不僅如此，利用家蠶基因，還可以擴(kuò)大家蠶的食源，使家蠶擺脫幾千年來只吃桑葉，不吃其它食物的習(xí)性。通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)，逐漸培育出新型優(yōu)質(zhì)蠶種，解決蠶絲易皺脫色等先天缺陷，使蠶絲這一纖維皇后徹底擺脫長期占纖維消費(fèi)總量不足1%的尷尬局面。

向仲懷：21世紀(jì)是由傳統(tǒng)學(xué)科改變?yōu)楝F(xiàn)代學(xué)科的時(shí)期。從摘桑養(yǎng)蠶做服飾，到對(duì)人類健康服務(wù)的產(chǎn)業(yè)。學(xué)科的改變，既是民族文化的傳承，又是科技文化的弘揚(yáng)。

古代絲綢之路是中國對(duì)人類文明作出的重大貢獻(xiàn)，是以蠶桑為基礎(chǔ)的絹絲產(chǎn)業(yè)。而21世紀(jì)的新絲綢之路，則是以現(xiàn)代科技為核心，以基因組研究為平臺(tái)，從家蠶入手，找到并構(gòu)筑蠶業(yè)科技的突破之路，尋求人類對(duì)鱗翅目類農(nóng)林害蟲的根治之路，開發(fā)生物藥品和防控人類疾病的健康之路。

夏慶友：過去的絲綢之路從中國出發(fā)，走向全世界，創(chuàng)造了非常輝煌的歷史。現(xiàn)在希望以科學(xué)技術(shù)重走一條絲綢之路，新的絲綢之路讓中國人在絲綢、家蠶的利用研究上找回過去的自信，在產(chǎn)業(yè)、文化、科技上為人類作出貢獻(xiàn)。

目前，西南大學(xué)已建成國際上規(guī)模最大的家蠶基因資源庫，保存有家蠶突變遺傳系統(tǒng)700個(gè)，也是國際上最全的家蠶基因庫。家蠶基因數(shù)據(jù)庫日訪問量達(dá)到200萬人次以上。（圖9）

目前，我國共有各類養(yǎng)蠶戶2000萬家，年絲綢工業(yè)產(chǎn)值約1000億元，隨著蠶業(yè)科技的發(fā)展，我國已經(jīng)成為名副其實(shí)的繭絲業(yè)中心，西南大學(xué)在家蠶基因組研究上所取得的突破，無疑將使我國桑蠶業(yè)發(fā)展實(shí)現(xiàn)歷史性飛躍。