摘要
杂种优势被广泛应用于家蚕高产量杂交种的培育，对农业技术的发展具有重要意义，杂种优势分子机制的探索是一项重要课题，但目前对这一机制的阐述尚不明确。因此，本研究以家蚕4个纯种及6个杂交种家蚕为模型，组配3个杂交组合，调查家蚕体重、丝腺、茧层量这几个表型性状的杂种优势，并利用转录组学、蛋白组学、联合分析、蛋白互作网络分析及WGCNA的多种生物信息学分析方法，探究家蚕杂种优势的分子机制。并利用qRT-PCR验证差异表达基因、酶活检测法验证差异表达蛋白。综合分析阐述的主要结论为： （1）家蚕表型性状的杂种优势：在3个杂交组合中，杂种家蚕的体重、丝腺组织和茧层量都明显大于亲本家蚕的表型性状值，杂种优势调查结果也显示表明3个杂交组合内家蚕的体重、丝腺、茧层量表型性状的杂种优势均为超显性。 （2）家蚕丝腺杂种优势的转录组学分析：在杂种优势的调查中，我们发现家蚕表型性状调查表明为超显性，但转录组的超显性表达基因在总表达基因中占比不大，而非加性表达的基因比例更大，此结果提示我们表型获得的杂种优势与基因表达的关系并非一致。将超显性基因进行GO和KEGG富集分析，发现这些基因主要富集的功能为催化分子、信号传导、蛋白质合成、相关酶的活性以及丝氨酸相关代谢途径等生理过程。对非加性基因进行GO、KEGG注释和富集分析，发现这些基因主要集中在核糖核蛋白复合物、转录、翻译、氨基酸代谢、DNA复制、RNA加工、核糖体RNA代谢过程转移酶活性等功能。在超显性和非加性表达的基因中选共择了12个基因，进行了qRT-PCR验证，其中9个基因的验证结果与转录组测序结果一致。 （3）家蚕丝腺杂种优势的蛋白组学分析：蛋白组学分析发现超显性表达蛋白在总表达蛋白中占比不大，而非加性表达的蛋白占比更大，这与转录组基因模式分析的结果高度一致。超显性蛋白与非加性蛋白的功能分析结果也与转录组中的分析结果基本一致。在筛选出的蛋白中挑选了5个酶蛋白进行了酶活性测定验证，包括超显性蛋白QSOX、3-ACPR和非加性蛋白AAT、TPI、AS。酶活检测结果显示除QSOX以外的4个蛋白验证结果都与蛋白组测序结果一致。 （4）转录组学与蛋白组学联合分析：为了进一步筛选在转录和蛋白水平表达模式一致的基因和蛋白，将转录组和蛋白组筛选得到的基因和蛋白进行联合分析，获得了3个超显性表达的基因和蛋白、21个非加性表达的基因和蛋白。对这些蛋白进行了蛋白互作网络分析，发现SS3、M1Pi、ACBP、CKS、CLP、CalS蛋白在PPI网络中处于中枢位置，预示这些蛋白可能是产生家蚕杂种优势的关键蛋白。 （5）WGCNA分析：利用WGCNA算法将基因与体重、丝腺、茧层量等表型信息联系起来，以探索与表型性状密切相关的基因对家蚕杂种优势的影响。对筛选到的3个模块基因进行GO富集与KEGG分析，发现这些基因功能主要富集于DNA代谢过程、DNA合成过程、酶活性、跨膜信号受体活性、蛋白合成过程、脂质代谢、氨基酸代谢、折叠，分类与降解、转运与分解代谢等。印证了前文基因功能富集分析得到的主要由酶表达量提高，引起代谢、蛋白质合成加快而提高杂种优势的观点。
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