Pangenom jedwabnika morwowego

Pangenom to pełny profil genetyczny gatunku (lub szerzej kladu) obejmujący wszystkie warianty. Tak więc pangenom Homo sapiens zawierałby mapę każdego genu istniejącego u ludzi, a nie tylko genom jednej osoby. Zapewnia to pełniejszy obraz genetyki tego gatunku niż pojedynczy genom. Pangenom może również dostarczyć informacji przydatnych do określenia relacji ewolucyjnych między odmianami kladu. Może być również przydatny do śledzenia określonych genów i cech, które kontrolują.

Zebrali ogromną ilość danych:

Zespół dogłębnie zsekwencjonował ponownie 1078 jedwabników (B. mori, w tym 205 lokalnych szczepów, 194 ulepszonych odmian i 632 zasoby genetyczne oraz 47 dzikich jedwabników, B. mandarina) i zgromadził genomy 545 z tych próbek, generując 55,57 T danych genomowych.

 

oraz

 

Zespół zidentyfikował 468 genów związanych z udomowieniem i 198 genów związanych z ulepszeniem, z których, odpowiednio, 264 i 185  zidentyfikowano po raz pierwszy.

Jednym z pytań, na które naukowcy próbowali odpowiedzieć za pomocą tych danych, jest miejsce, w którym udomowiono jedwabnika 5000 lat temu. Ich dane wskazują na Chiny, co jest również poparte danymi archeologicznymi. Wydaje się jednak, że w Japonii istniał również odrębny program udomowienia, wystarczająco długo, aby pojawiły się różne odmiany. Co ważne, odmiany chińska i japońska mają różne mutacje ulepszające jedwab. Oznacza to, że tworzenie odmian hybrydowych między tymi dwoma gałęziami udomowionego jedwabnika może przynieść znaczne korzyści. Zidentyfikowanie określonych genów, które zapewniają określone korzyści dla jakości jedwabiu, może być również wykorzystane do wytwarzania przy pomocy bioinżynierii jedwabników o optymalnych lub pożądanych cechach. Na przykład naukowcy zidentyfikowali geny kontrolujące delikatność jedwabiu.

Co ciekawe, było więcej genów związanych z udomowieniem niż z jakością jedwabiu. Zdałem sobie sprawę, że myślałem o udomowieniu zwierząt obejmującym głównie zachowanie, ale podstawowa definicja (według National Geographic) brzmi po prostu – „Udomowienie  to  proces  adaptacji  dzikich  roślin  i  zwierząt  do użytku przez ludzi”. Jedwabniki wyraźnie spełniają tę definicję. Jedną z kluczowych różnic w zachowaniu jest to, że dzikie ćmy jedwabnika potrafią latać, podczas gdy ich udomowieni kuzyni są nielotami. Dzikie jedwabniki również mają tendencję do rozprzestrzeniania się, podczas gdy udomowione jedwabniki mają tendencję do pozostawania na miejscu. Są całkowicie zależne od ludzi, aby przetrwać, żyjąc na diecie z morwy (stąd nazwa „jedwabnik morwowy”). Jedwabniki to także jedyne w pełni udomowione owady na świecie. Pszczoła miodna jest również uważana za udomowioną, ale nie „w pełni”.

Czy wszystkie te informacje będą miały wpływ na przemysł jedwabniczy? To możliwe. Używanie jedwabiu prawdopodobnie sięga 5000 lat wstecz, a dziś światowy rynek jedwabiu szacowany jest na 16,9 miliarda dolarów w 2021 roku i przewiduje się, że wzrośnie do ponad 30 miliardów dolarów do 2029 roku. Jedwab jest bardzo pożądany ze względu na jego „błyszczącą, gładką i miękką fakturę, mechaniczną wytrzymałość, dobrą biokompatybilność, powolną biodegradację i neutralność węglową.” Optymalizacja produkcji, wydajności i jakości jedwabiu może mieć znaczący wpływ na tę branżę.

Już podejmuje się wysiłki na rzecz bioinżynieryjnego tworzenia jedwabiu, a ta najnowsza informacja genetyczna będzie dobrodziejstwem dla takich wysiłków. Na przykład naukowcy z powodzeniem zaprojektowali jedwabniki do produkcji kolorowego jedwabiu. Można wstępnie ufarbować jedwab, podając robakom pokarm z barwnikiem, ale podobno nasycenie kolorów jest bardzo słabe. Genetyczna zmiana koloru jedwabiu została pomyślnie przeprowadzona przy użyciu kolorów fluorescencyjnych, ale starano się wyprodukować kolory użyteczne ekonomicznie (lub stworzyć zapotrzebowanie na jedwab fluorescencyjny). Może to być bardzo korzystne, ponieważ jedwab jest na ogół biały, a metody farbowania wykorzystują agresywne chemikalia, które mogą degradować jedwab i wytwarzać dużo ścieków. Kolorowy jedwab byłby zatem przyjazny dla środowiska. Oczywiście nie mogę przestać myśleć o tym, jak ideolodzy anty-GMO zareagują na takie wydarzenia. Czy będą wzywać do „jedwabiu wolnego od GMO”, mimo że jest znacznie bardziej szkodliwy dla środowiska? (Myślę, że znamy odpowiedź.)

Podjęto również próby wprowadzenia transgenów z pająków do jedwabników, aby uzyskać hybrydowy jedwab pająka. Pająków nie da się udomowić i nie nadają się do masowej produkcji. Ale jeśli zdołamy zmusić udomowionego jedwabnika do produkcji jedwabiu pajęczego, moglibyśmy zobaczyć narodziny nowego przemysłu. Pajęczy jedwab może nie być tak błyszczący jak jedwabników, ale jest bardzo mocny i teoretycznie może być używany do tkanin kuloodpornych lub mocnych i lekkich kabli. Te starania, jak dotąd, nie powiodły się. Na przykład, produkty tych robaków to tylko około 5% jedwabiu pajęczego. Podejrzewam, że będziemy nadal słyszeć o tym przedsięwzięciu, z każdym stopniowym postępem, ale nadal nikt nie wie, czy przekroczy to granicę opłacalności ekonomicznej.

Ogromne postępy w genetyce sprawiają jednak, że zastosowania takie jak masowo produkowany jedwab pajęczy i ulepszony jedwab stają się coraz bardziej prawdopodobne.

Pangenome of the Domestic Silkworm

NeuroLogica Blog, 3 października 2022

Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska