家蚕研究历史悠久,遗传背景清楚,是继果蝇、按蚊之后第三个完成全基因组测序的鳞翅目模式昆虫和重要的经济昆虫。家蚕作为寡食性昆虫,对其天然桑叶几乎都具有良好的摄食性。然而,家蚕对非寄主植物和人工饲料的摄食性在品种甚至个体之间存在很大的差异,还受多种因素影响。家蚕摄食性是一个复杂的生理过程,除了食物因素外,代谢相关基因的表达调控是其内在的重要因素。截止目前,家蚕人工饲料代谢相关基因尚未获得,其分子机理也尚未完全明确。本课题利用实验室前期筛选到的对不含桑叶粉人工饲料高摄食性的家蚕品种GS展开研究,筛选家蚕代谢相关基因,主要有以下5点:1)经代谢组数据分析,人工饲料饲育的家蚕GS品种中肠中的必需氨基酸缺乏,氨基酸代谢产物富集,维生素缺乏,糖代谢紊乱且代谢产物富集,脂代谢下调。同经桑叶饲育处理,家蚕GS品种中必需氨基酸的含量高于家蚕C1015品种,氨基酸代谢的最终产物尿素含量小于家蚕C1015品种。结果表明家蚕GS品种对蛋白质的代谢能力大于家蚕C1015品种,使其能够适应人工饲料中多蛋白少糖分的配比。2)家蚕GS经桑叶、人工饲料分别饲育处理后在m RNA水平共筛选出331个差异基因,其中上调基因有102个,下调基因有229个。331个差异基因GO富集注释最多的是生物过程中的代谢过程,而KEGG富集注释最高的细胞色素P450对异生素的代谢通路、戊糖和葡萄糖醛酸的相互转化通路、甘油脂代谢通路和内质网中的蛋白质加工通路。同为桑叶育的C1015与GS两个品种中共有差异基因1311个,其中上调基因有716个,下调基因有595个。1311个差异基因GO富集注释最多的是生物过程中的代谢过程与分子功能的催化活性。KEGG富集注释最高的为溶酶体通路,内质网中的蛋白质加工通路、谷胱甘肽代谢通路、淀粉与蔗糖代谢通路以及戊糖和葡糖醛酸相互转化通路。对几个样本的SNP突变位点统计发现,所有的SNP突变位点主要发生在基因区,以同义突变的方式发生在下游。62%的突变是转换,38%的是颠换,共有12种单核苷酸变异,主要以A/G、G/A、C/T、T/C这四种变异最多,占总体的65.71%,C/G和G/C变异最少,占总体的8.20%。其他变异类型占12种单核苷酸变异的26.09%。3)组学联合分析结果表明,在精氨酸和脯氨酸代谢通路图中找到了6个差异基因,分别为磷脂转运ATP酶、亚精胺合成酶、吡咯啉-5-羧酸还原酶、S-腺苷蛋氨酸脱羧酶原酶、脯氨酰4-羟化酶α亚基、Silkwormnew Gene406。4)对亚精胺合成酶、吡咯啉-5-羧酸还原酶、脯氨酰4-羟化酶α亚基3个基因在这两个品种进行克隆及各个组织的表达分析。氨基酸比对显示,相较于家蚕C1015品种,在家蚕GS品种中克隆的3个基因的氨基酸序列都有差异。组织表达分析显示,家蚕吡咯啉-5-羧酸还原酶基因在两个品种的各个组织的表达量差异不大;家蚕脯氨酰4-羟化酶α亚基在两个品种的头、马氏管和生殖腺3个组织中表达存在显著差异;家蚕亚精胺合成酶两个品种的中肠和脂肪体2个组织中表达存在显著差异。生物信息学分析显示,相较于家蚕C1015品种,在家蚕GS品种的脯氨酰4-羟化酶α亚基和亚精胺合成酶蛋白二级结构缺少部分β折叠,蛋白分子质量大小、等电点和磷酸化位点都存在差别。5)为进一步分析亚精胺合成酶的功能,在GS品种中对亚精胺合成酶RNA干涉。与对照相比,经人工饲料饲育后,GS干涉个体体重下降11%,产茧量降低了36.8%,死亡率增加了66.7%。实时定量PCR检测发现,干涉个体中,与亚精胺合成酶相关的吡咯啉-5-羧酸还原酶(FC=0.45)和S-腺苷蛋氨酸脱羧酶还原酶(FC=0.43)m RNA水平上相对表达量都有所下调。而亚精胺合成酶SNP位点突变(异亮氨基酸突变为缬氨酸(170aa),天冬氨酸突变为苏氨酸(241aa)),不仅改变了亚精胺合成酶的二级结构,还有可能影响其酶的活性,同时也影响着其上下游基因的表达与酶活性,共同调节家蚕氨基酸的代谢,使家蚕GS品种对氨基酸代谢能力加强,使其能适应人工饲料中的高蛋白少糖分的配比,表现出一定的广食性特性。