F_1转基因家蚕生殖细胞特异性高效自动删除外源DNA的安全转基因策略
随着转基因技术在家蚕基因功能研究与性状改良中的广泛应用,家蚕的生物安全问题已成为蚕业研究的焦点,也是现代蚕桑育种与种质资源开发亟待解决的关键之一。蚕业生产中通常使用日系和华系原种家蚕杂交产生的杂交一代(F_1)蚕卵进行大规模繁殖,但这种方式存在F_1转基因蚕卵在推广应用中引发转基因不可控扩散的风险。为此,我们开发了一种具有广泛适用性的安全转基因策略,结合GAL4/UAS双元表达系统、FLP/FRT位点特异性重组系统和生殖细胞特异性启动子(RSHP1p和Nanosp),实现了F_1转基因家蚕生殖细胞中外源DNA的高效、自动、特异性删除,而非生殖细胞基因组中仍保留目标DNA。我们建立了两种激活品系——R1p::GAL4-Gr和Nsp::GAL4-Gr,分别利用RSHP1p和Nanosp调控GAL4蛋白基因在精巢中的特异性表达;同时建立了效应品系——UAS::FLP-Rg,利用UAS元件调控下游FLP蛋白基因的表达。在R1p::GAL4-Gr与UAS::FLP-Rg杂交产生的F_1双转基因家蚕中,FLP重组酶介导的精子中特异性删除FRT锚定外源DNA的效率达到100%;在Nsp::GAL4-Gr与UAS::FLP-Rg杂交的F_1双转基因家蚕中,目标DNA在精子中的删除效率为13.73%至80.3%。此外,我们还鉴定了一个在家蚕精巢和卵巢中均特异表达的基因sw11114,可用于建立新的生殖细胞特异性表达系统。该策略能够实现目标经济性状的表达,同时消除转基因在传代中的生物安全隐患,有望从根本上解决F_1转基因家蚕种的安全生产瓶颈,并为其他昆虫物种的安全转基因技术研究提供重要参考。