蚕的分子遗传学molecular genetics of mulberry silkworm

从分子水平说明蚕体遗传和变异机制的现代遗传学的一个分支学科，是近十多年来新开拓的研究领域。现已从细胞学和生物化学角度初步阐明了蚕丝生物合成过程，即蚕丝蛋白基因的表达机制。
在蚕丝成分中占75%的丝心蛋白（丝素），其分子由两种亚单位组成，大亚单位叫重链(H链)，分子量约3.5×105，小亚单位叫轻链(L链)，分子量约2.5×104。H链和L链分别由不同的基因编码，这两种基因分别位于第25和第14染色体上。
丝心蛋白H链基因DNA，约占全基因组的0.004%。后部丝腺细胞中整个基因组进行全拷贝复制，5龄期达50～100万份。丝心蛋白H链基因的分子量约为11×10⁶，含有约16,000碱基对，5′端含有约970个碱基对的非密码顺序（内含子），转录起始点已确定，5′侧翼有3个与转录表达有关的信号区，如-29位～+6位是丝心蛋白基因转录的基本信号。
丝心蛋白L链基因约含有1,500碱基对，H链和L链基因已分别由一些研究小组以质粒或噬菌体作载体植入大肠杆菌，作成无性繁殖系（克隆）。这为大量制备该基因并研究其结构与功能提供了条件。
丝胶蛋白基因位于第11染色体。丝胶蛋白基因DNA含有约11,000～13,000碱基对，其中包括4个内含子，这些内含子把基因隔成5个外显子。在一些实验室内也做成了丝胶蛋白基因的大肠杆菌无性繁殖系。
丝腺细胞核内，RNA聚合酶Ⅱ以丝心蛋白基因的一条链为模板转录合成mRNA，被合成mRNA进入细胞质。丝心蛋白H链mRNA分子量为5.8×106，含有约16,000碱基。H链mRNA中约60%其5′末端具有⁷_mG_pppA^m_pU^m_pC_p 的甲基化帽盖结构。H链mRNA的3′末端具有长达100个碱基的多聚腺苷酸。丝心蛋白L链mRNA分子量约5.0×10⁵，约含1,500碱基。在兔网织红细胞的无细胞蛋白合成系中，当盐浓度为140mMK⁺、2.5mM Mg⁺⁺时，加入后部丝腺tRNA(80μg/ml)及H链mRNA(80μg/ml)时，在29℃中能合成完整的丝心蛋白H链多肽。在麦胚无细胞蛋白合成系中，L链mRNA能翻译合成丝心蛋白L链多肽。
丝腺细胞中核糖体RNA基因(rDNA)有240份拷贝，1份rDNA分子量约6.9×10⁶，自5′端起顺次包含1个5.8SrRNA基因、1个28SrRNA基因和1个18SrRNA基因的转录区(分子量约6×10⁶)，其间隔以非转录区 (分子量约10⁶)。各种rRNA在核内合成后进入细胞质，18SrRNA和若干种蛋白质结合构成核糖体的40S亚基，28S、5.8S和5SrRNA与若干种蛋白质结合构成核糖体的60S亚基。
5龄蚕后部丝腺中 tRNA 占细胞全 RNA的15%左右。丝腺tRNA是以tRNA基因为模板，由RNA聚合酶Ⅲ合成的。同组成丝蛋白的各种氨基酸相应的tRNA，有的存在两种以上同功受体，如甘氨酸tRNA、丙氨酸tRNA、丝氨酸tRNA等都分别有两种以上同功受体。丝腺tRNA约含70～80个核苷酸，其中甘、丙、丝氨酸tRNA的1级结构已研究清楚。
构成丝蛋白的各种氨基酸，由氨基酸活化酶活化并同ATP反应，再结合到相应的tRNA上去，形成氨基酰tRNA。tRNA反密码环上有反密码子，能“识别”mRNA链上相应的密码部位，并结合在mRNA上。氨基酰tRNA、mRNA及核糖体3者构成复合体，进行丝蛋白合成。这时还需要肽链延长因子EF1a、EF1b、EF2以及GTP等。
每个丝心蛋白基因在5龄的几天之内约转录5.8×10⁴分子mRNA，每个mRNA分子在5龄的几天之内约翻译合成2×10⁴个丝心蛋白分子。所以，1个丝心蛋白基因在5龄的7～8天中可以产生约10⁹个丝心蛋白分子。每个后部丝腺细胞约含有50～100万份丝心蛋白基因，可以产生约5×10¹⁴个丝心蛋白分子。