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为提升家蚕 p50ma 品系可用性，研究人员构建基因模型、注释功能并识别相关区域，助力其广泛应用。
家蚕（Bombyx mori）作为鳞翅目昆虫的明星代表，一直以来都是科研领域的 “宠儿”。自 2004 年其全基因组序列首次被测定后，就像打开了一座神秘的宝藏库，吸引着无数科研人员不断探索。然而，这座 “宝库” 还存在许多尚未被挖掘的秘密。在已有的研究中，家蚕基因组组装虽然历经多次更新，但由于雌性特异性 W 染色体被大量重复序列占据，以往的研究在组装 W 染色体时困难重重。无论是短读长测序，还是像 PacBio 连续长读长、牛津纳米孔长读长这样的嘈杂长读长测序，都难以精准地完成这项任务。例如，之前用纳米孔长读长初步组装雌性基因组时，W 染色体上出现了总计 330 万碱基对（Mbp）的缺口 ，部分常染色体区域也组装失败。这就好比拼图时，关键的几块总是找不到合适的位置，使得整个基因组的完整拼图难以完成，极大地限制了对家蚕基因组功能的深入理解和家蚕品系的有效利用。
为了攻克这些难题，来自日本学习院大学、岩手大学、国立遗传学研究所等机构的研究人员开启了一场基因组探索之旅。他们将目光聚焦在家蚕 p50ma 品系上，这是九州大学和日本国家生物资源项目（NBRP）蚕业中心新开发的标准品系。研究人员的目标是构建该品系的基因模型，进行功能注释，并全面识别相关区域，以此提升 p50ma 品系的可用性，为家蚕研究领域开辟新的道路。这项重要的研究成果发表在了《Scientific Data》杂志上。
在这场科研探索中，研究人员运用了多种先进的技术方法。首先是基因组组装技术，他们利用 PacBio HiFi 长读长成功实现了 p50ma 品系雌性基因组的染色体级组装，解决了 W 染色体组装的难题。转录组分析技术也不可或缺，通过 BRAKER3 软件结合 RNA-seq 和 Iso-seq 数据进行转录组 - based 基因预测。还有染色质可及性分析技术，运用 ATAC-seq 技术在早期胚胎中识别开放染色质区域。以及小 RNA 分析技术，进行 piRNA 靶向的小 RNA-seq，识别 piRNA 簇（piCs） 。
研究人员首先对 p50ma 品系进行基因组组装与注释。他们成功构建了 p50ma 品系雌性基因组的染色体级组装，该组装已被美国国立生物技术信息中心（NCBI）数据集认证为 “参考”。基于转录组信息，研究人员使用 BRAKER3 进行基因预测，共鉴定出 16,295 个蛋白质编码基因 ，并运用 EnTAP 进行功能注释，全面揭示了基因的潜在功能。
为了提高基因敲除效率，研究人员对早期胚胎进行 ATAC-seq。他们发现开放染色质区域与基因表达调控密切相关，这些区域为后续精准的基因编辑提供了关键线索，有助于提升基因编辑在 p50ma 品系中的应用效率。
研究人员还进行了 piRNA 靶向的小 RNA-seq，在早期胚胎、睾丸和卵巢中全面识别 piCs。他们共成功鉴定出 560 个 piRNA 簇，为深入研究 piRNA 在生殖发育过程中的作用机制奠定了基础。
此次研究成果意义重大。在基础研究方面，p50ma 品系基因组的全面注释为家蚕的遗传学研究提供了更精确的参考，有助于深入理解家蚕的生物学特性和进化历程。在应用研究方面，其极大地提高了 p50ma 品系作为标准品系的可用性，为基因编辑技术在家蚕中的广泛应用提供了有力支持，有望推动家蚕育种和生物技术产业的发展。
尽管这项研究取得了重要突破，但仍存在一些值得进一步探索的方向。比如，虽然鉴定出了大量基因和相关区域，但这些基因和区域在家蚕生长发育、生理代谢等过程中的具体功能和调控机制，还需要更多的实验去验证。此外，在基因编辑技术的应用上，如何进一步提高编辑效率和准确性，也是未来研究的重点。相信随着研究的不断深入，家蚕 p50ma 品系这座 “宝藏库” 将释放出更多的潜能，为生命科学和生物技术领域带来更多惊喜。
