The Taming of the Silkworm Silkworms, Bombyx mori , represent one of the few domesticated insects, having been domesticated over 10,000 years ago. Xia et al. (p. 433 , published online 27 August) sequenced 29 domestic and 11 wild silkworm lines and identified genes that were most likely to be selected during domestication. These genes represent those that enhance silk production, reproduction, and growth. Furthermore, silkworms were probably only domesticated once from a large progenitor population, rather than on multiple occasions, as has been observed for other domesticated animals.

The Rice Annotation Project Database (RAP-DB) was created to provide the genome sequence assembly of the International Rice Genome Sequencing Project (IRGSP), manually curated annotation of the sequence, and other genomics information that could be useful for comprehensive understanding of the rice biology. Since the last publication of the RAP-DB, the IRGSP genome has been revised and reassembled. In addition, a large number of rice-expressed sequence tags have been released, and functional genomics resources have been produced worldwide. Thus, we have thoroughly updated our genome annotation by manual curation of all the functional descriptions of rice genes. The latest version of the RAP-DB contains a variety of annotation data as follows: clone positions, structures and functions of 31 439 genes validated by cDNAs, RNA genes detected by massively parallel signature sequencing (MPSS) technology and sequence similarity, flanking sequences of mutant lines, transposable elements, etc. Other annotation data such as Gnomon can be displayed along with those of RAP for comparison. We have also developed a new keyword search system to allow the user to access useful information. The RAP-DB is available at: http://rapdb.dna.affrc.go.jp/ and http://rapdb.lab.nig.ac.jp/.

The silkworm Bombyx mori is a domestic insect for silk production and a lepidopteran model. The currently available genomes limit a full understanding of its genetic and phenotypic diversity. Here we assembled long-read genomes of 545 domestic and wild silkworms and constructed a high-resolution pan-genome dataset. We found that the silkworm population harbors extremely variable genomes containing 7,308 new gene families, 4,260 (22%) core gene families, and 3,432,266 non-redundant SVs. We deciphered a series of causal genes and variants associated with domestication, breeding, and ecological adaptation traits, and experimentally validated two of those genes using CRISPR-Cas9 or RNA interference. This unprecedented large-scale genomic resource allows for high-throughput screening of interesting traits for functional genomic research and breeding improvement of silkworms and may serve as a guideline for traits decoding in other species.

Abstract A long-standing view in the field of evo-devo is that insect forewings develop without any Hox gene input. The Hox gene Antennapedia ( Antp ), despite being expressed in the thoracic segments of insects, has no effect on wing development. This view has been obtained from studies in two main model species, Drosophila and Tribolium . Here, we show that partial loss of function of Antp resulted in reduced and malformed adult wings in Bombyx, Drosophila , and Tribolium . Antp mediates wing growth in Bombyx by directly regulating the ecdysteriod biosynthesis enzyme gene ( shade ) in the wing tissue, which leads to local production of the growth hormone 20E. In turn, 20E signaling also up-regulates Antp . Additional targets of Antp are wing cuticular protein genes CPG24, CPH28 , and CPG9 , essential for wing development. We propose, thus, that insect wing development occurs in an Antp -dependent manner.

CRISPR/Cas12a (Cpf1) is a single RNA-guided endonuclease that provides new opportunities for targeted genome engineering through the CRISPR/Cas9 system. Only AsCpf1 have been developed for insect genome editing, and the novel Cas12a orthologs nucleases and editing efficiency require more study in insect. We compared three Cas12a orthologs nucleases, AsCpf1, FnCpf1, and LbCpf1, for their editing efficiencies and antiviral abilities in vitro. The three Cpf1 efficiently edited the BmNPV genome and inhibited BmNPV replication in BmN-SWU1 cells. The antiviral ability of the FnCpf1 system was more efficient than the SpCas9 system after infection by BmNPV. We created FnCpf1×gIE1 and SpCas9×sgIE1 transgenic hybrid lines and evaluated the gene editing efficiency of different systems at the same target site. We improved the antiviral ability using the FnCpf1 system in transgenic silkworm. This study demonstrated use of the CRISPR/Cpf1 system to achieve high editing efficiencies in the silkworm, and illustrates the use of this technology for increasing disease resistance.

Gene editing techniques are widely and effectively used for the control of pathogens, but it is difficult to directly edit the genes of Microsporidia due to its unique spore wall structure. Innovative technologies and methods are urgently needed to break through this limitation of microsporidia therapies. Here, we establish a microsporidia-inducible gene editing system through core components of microsporidia secreted proteins, which could edit target genes after infection with microsporidia. We identified that Nosema bombycis NB29 is a secretory protein and found to interact with itself. The NB29-N3, which lacked the nuclear localization signal, was localized in the cytoplasm, and could be tracked into the nucleus after interacting with NB29-B. Furthermore, the gene editing system was constructed with the Cas9 protein expressed in fusion with the NB29-N3. The system could edit the exogenous gene EGFP and the endogenous gene BmRpn3 after overexpression of NB29 or infection with N. bombycis.

The low expression activity and specificity of natural promoters limit the applications of genetic engineering. To construct a highly efficient synthetic inducible promoter in the Bombyx mori (Lepidoptera), we analyzed the regulatory elements and functional regions of the B. mori nucleopolyhedrovirus (BmNPV) 39K promoter. The results of truncated mutation analysis of the 39K promoter showed that the transcriptional regulatory region spanning positions -573 to -274 and +1 to +62 is essential for virus-inducible promoter activity. Further investigation using electrophoretic mobility shift assay (EMSA) revealed that the baculovirus IE-1 protein binds to the 39K promoter at the -310 to -355 region, and transcription activates the expression of 39K promoter assay. Finally, we successfully constructed a synthetic inducible promoter that increase the virus-inducing activity of other promoters using the baculovirus-inducible transcriptional activation region that binds to specific core elements of 39K (i.e., spanning the region -310 to -355). In summary, we describes a novel, synthetic, and highly efficient biological tool, namely, a virus-inducible 39K promoter, which provides endless possibilities for future gene function research, gene therapy, and pest control in genetic engineering.

ABSTRACT Microsporidia are unfriendly microorganisms, and their infections cause considerable damage to economically or environmentally important insects like silkworms and honeybees. Thus, the identification of measures to improve host resistance to microsporidia infections is critically needed. Here, an overexpressed miR-6498-5p transgenic silkworm line was constructed. Importantly, the survival rates and median lethal doses of the transgenic line were clearly higher after infection with Nosema bombycis . H&E staining and RT-qPCR analyses revealed an inhibitory effect on the proliferation of N. bombycis in the transgenic larvae. Metabolomics analysis further revealed the presence of 56 differential metabolites between the two lines. KEGG analysis of these 56 metabolites found that they were involved in various amino acid and vitamin metabolism pathways. Notably, VB6 metabolism was enriched among the metabolites, and the pathway was well known for its involvement in the synthesis, interconversion, and degradation of amino acids. These suggest that miR-6498-5p modifies parasitic environments to inhibit the proliferation of N. bombycis by affecting the host amino acid metabolism. These results demonstrate the potential of microRNAs as biomolecules that can promote resistance to microsporidia and provide new insights and a new approach to generate microsporidia-resistant biological materials. IMPORTANCE Microsporidia have an extremely wide host range and are capable of infecting a wide variety of insects and vertebrates, including humans, and their lethality to multiple species often poses significant environmental management challenge. Here, we successfully constructed a microsporidium-resistant line in the silkworm, based on the overexpression of miR-6498-5p. Our results strongly support the hypothesis that miR-6498-5p efficiently suppresses the proliferation of Nosema bombycis by regulating the host VB6 metabolism, a key pathway for enzymes involved in amino acid transport and protein metabolism. Our study provides new insights for understanding host anti-pathogen defenses toward microsporidia.

Viral diseases pose a significant threat to livestock husbandry and plant cultivation. CRISPR/Cas9-mediated targeted editing of viral genes offers a promising approach to antiviral therapy. The silkworm, Bombyx mori, is an economically important insect susceptible to infection by B. mori nucleopolyhedrovirus (BmNPV), and viral outbreaks cause severe economic losses to the sericulture industry. Here, we identified BmNPV orf76 as a viral late gene that is highly similar to Autographa californica multiple nucleopolyhedrovirus Ac93. The deletion of orf76 abolished BmNPV proliferation and hindered the production of infectious budded viruses. We generated a transgenic line, Cas9(+)/sgorf76(+), that did not affect the growth or development of the silkworm and demonstrated that the transgenic line Cas9(+)/sgorf76(+) efficiently cleaved orf76 at the sgorf76 site, resulting in large deletions at 120 h post-infection, with no observed off-target effects. Survival analyses revealed that the transgenic line Cas9(+)/sgorf76(+) exhibited significantly higher survival rates than the control lines Cas9(-)/sgorf76(-), regardless of the BmNPV inoculation dose. Additionally, the number of BmNPV DNA copies and the expression levels of viral genes were markedly inhibited in the transgenic line Cas9(+)/sgorf76(+) compared with the control line Cas9(-)/sgorf76(-). The results provide a promising target for Cas9-mediated antiviral therapy against BmNPV, and the findings provide new insights for baculovirus gene function studies and lepidopteran pest control.