近日，我院作物害蟲致災機理及防治團隊青年教師陳希恩教授在《美國國家科學院院刊》（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)現轉錄因子Chinmo在草地貪夜蛾低齡幼蟲時期參與調控變態(tài)發(fā)育基因（促進蛹發(fā)育的關鍵基因 Br-C 、促進成蟲發(fā)育的關鍵基因 E93 ）區(qū)域的染色質重塑，抑制此類基因在低齡幼蟲時期表達，從而在不依賴激素信號的情況下抑制幼蟲早熟變態(tài)。

完全變態(tài)昆蟲一生要經歷卵、幼蟲、蛹和成蟲4個蟲期。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-成蟲之間的轉化受保幼激素（維持幼蟲形態(tài)）和蛻皮激素（促進蛻皮/變態(tài)）的嚴格控制。研究發(fā)現保幼激素信號通路基因 Met 和 Kr-h1 的功能缺失會造成高齡幼蟲的早熟變態(tài)，而對低齡幼蟲沒有影響。長期以來，低齡幼蟲不依賴JH信號而維持幼蟲形態(tài)的關鍵因子及機制一直不清楚。近年來在模式生物果蠅中研究發(fā)現BTB-鋅指蛋白Chinmo可能是低齡幼蟲期維持幼蟲形態(tài)的關鍵因子之一。然而，對于Chinmo如何調控 Br-C 和 E93 等變態(tài)發(fā)育關鍵基因，與JH信號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 Chinmo 和 Kr-h1 的Sf9細胞系，在細胞水平上證實了Chinmo和Kr-h1可直接調控 Br-C 和 E93 的表達。隨后利用轉基因CRISPR體系分別獲得了單獨敲除 Chinmo  、Kr-h1 和共同敲除兩基因的突變品系，發(fā)現 Chinmo 突變體在3齡-4齡出現蛻皮失敗現象； Kr-h1 突變體的5齡和6齡幼蟲表皮均出現嵌合蛹表皮現象，并最終導致化蛹失敗；而 Chinmo/Kr-h1 雙敲除突變體的部分幼蟲在2齡末期出現表皮嵌合黑化以及蛻皮失敗等現象，部分雙敲突變體幼蟲可以生長至4齡，但均無法完成蛻皮，體表出現嵌合蛹表皮現象；在這些突變體中均檢測到 Br-C 和 E93 表達量的顯著升高；這些結果說明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。對突變體進行RNAseq，結果顯示Chinmo可能具有調控染色質可及性的功能，為證實這一猜想對前面建立的敲除細胞系進行了單細胞ATAC-seq及整體差異可及性分析，發(fā)現敲除Chinmo樣本具有更開放的染色質可及性，使得 Br-C 和 E93 等變態(tài)發(fā)育基因啟動子區(qū)域更容易與調控因子結合而提升表達水平。

以上結果最終證明了Chinmo具有調節(jié)染色質可及性的功能，可在不依賴激素信號的情況下閉合 Br-C 和 E93 等變態(tài)發(fā)育基因啟動子的可及性，抑制此類基因表達，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)的分子機制，也為害蟲防治提供了很好的分子靶標。

論文鏈接：https://doi.org/10.1073/pnas.2411286121  

編輯：劉小鳳

審核：郭   軍