近日，我院作物害蟲致災(zāi)機(jī)理及防治團(tuán)隊(duì)青年教師陳希恩教授在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》（PNAS）發(fā)表了題為“Chronologically inappropriate morphogenesis ( Chinmo ) is required for maintenance of larval stages of fall armyworm”的研究論文。該研究發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄因子Chinmo在草地貪夜蛾低齡幼蟲時(shí)期參與調(diào)控變態(tài)發(fā)育基因（促進(jìn)蛹發(fā)育的關(guān)鍵基因 Br-C 、促進(jìn)成蟲發(fā)育的關(guān)鍵基因 E93 ）區(qū)域的染色質(zhì)重塑，抑制此類基因在低齡幼蟲時(shí)期表達(dá)，從而在不依賴激素信號(hào)的情況下抑制幼蟲早熟變態(tài)。
完全變態(tài)昆蟲一生要經(jīng)歷卵、幼蟲、蛹和成蟲4個(gè)蟲期。幼蟲與蛹、成蟲在外部形態(tài)及生理特性等方面有很大差異。幼蟲-蛹-成蟲之間的轉(zhuǎn)化受保幼激素（維持幼蟲形態(tài)）和蛻皮激素（促進(jìn)蛻皮/變態(tài)）的嚴(yán)格控制。研究發(fā)現(xiàn)保幼激素信號(hào)通路基因 Met 和 Kr-h1 的功能缺失會(huì)造成高齡幼蟲的早熟變態(tài)，而對(duì)低齡幼蟲沒有影響。長(zhǎng)期以來，低齡幼蟲不依賴JH信號(hào)而維持幼蟲形態(tài)的關(guān)鍵因子及機(jī)制一直不清楚。近年來在模式生物果蠅中研究發(fā)現(xiàn)BTB-鋅指蛋白Chinmo可能是低齡幼蟲期維持幼蟲形態(tài)的關(guān)鍵因子之一。然而，對(duì)于Chinmo如何調(diào)控 Br-C 和 E93 等變態(tài)發(fā)育關(guān)鍵基因，與JH信號(hào)之間是否存在互作等問題仍不清楚。
本研究中首先分別建立了敲除、過表達(dá) Chinmo 和 Kr-h1 的Sf9細(xì)胞系，在細(xì)胞水平上證實(shí)了Chinmo和Kr-h1可直接調(diào)控 Br-C 和 E93 的表達(dá)。隨后利用轉(zhuǎn)基因CRISPR體系分別獲得了單獨(dú)敲除 Chinmo 、Kr-h1 和共同敲除兩基因的突變品系，發(fā)現(xiàn) Chinmo 突變體在3齡-4齡出現(xiàn)蛻皮失敗現(xiàn)象； Kr-h1 突變體的5齡和6齡幼蟲表皮均出現(xiàn)嵌合蛹表皮現(xiàn)象，并最終導(dǎo)致化蛹失敗；而 Chinmo/Kr-h1 雙敲除突變體的部分幼蟲在2齡末期出現(xiàn)表皮嵌合黑化以及蛻皮失敗等現(xiàn)象，部分雙敲突變體幼蟲可以生長(zhǎng)至4齡，但均無法完成蛻皮，體表出現(xiàn)嵌合蛹表皮現(xiàn)象；在這些突變體中均檢測(cè)到 Br-C 和 E93 表達(dá)量的顯著升高；這些結(jié)果說明Chinmo和Kr-h1均是幼蟲發(fā)育不可或缺，Chinmo在幼蟲發(fā)育早期抑制早熟變態(tài)，JH信號(hào)通路則在幼蟲發(fā)育晚期發(fā)揮抑制早熟變態(tài)的作用。對(duì)突變體進(jìn)行RNAseq，結(jié)果顯示Chinmo可能具有調(diào)控染色質(zhì)可及性的功能，為證實(shí)這一猜想對(duì)前面建立的敲除細(xì)胞系進(jìn)行了單細(xì)胞ATAC-seq及整體差異可及性分析，發(fā)現(xiàn)敲除Chinmo樣本具有更開放的染色質(zhì)可及性，使得 Br-C 和 E93 等變態(tài)發(fā)育基因啟動(dòng)子區(qū)域更容易與調(diào)控因子結(jié)合而提升表達(dá)水平。
以上結(jié)果最終證明了Chinmo具有調(diào)節(jié)染色質(zhì)可及性的功能，可在不依賴激素信號(hào)的情況下閉合 Br-C 和 E93 等變態(tài)發(fā)育基因啟動(dòng)子的可及性，抑制此類基因表達(dá)，從而阻止低齡幼蟲的早熟變態(tài)。本研究不僅解析了Chinmo抑制昆蟲早熟變態(tài)的分子機(jī)制，也為害蟲防治提供了很好的分子靶標(biāo)。
論文鏈接：https://doi.org/10.1073/pnas.2411286121
編輯：劉小鳳
審核：郭 軍
