西北农林科技大学青年教师发表《PNAS》

近日，西北农林科技大学植物保护学院作物害虫致灾机理及防治团队青年教师陈希恩教授在《美国国家科学院院刊》（PNAS）发表了题为“Chronologically inappropriate morphogenesis ( Chinmo ) is required for maintenance of larval stages of fall armyworm”的研究论文。该研究发现转录因子Chinmo在草地贪夜蛾低龄幼虫时期参与调控变态发育基因（促进蛹发育的关键基因 Br-C 、促进成虫发育的关键基因 E93 ）区域的染色质重塑，抑制此类基因在低龄幼虫时期表达，从而在不依赖激素信号的情况下抑制幼虫早熟变态。

完全变态昆虫一生要经历卵、幼虫、蛹和成虫4个虫期。幼虫与蛹、成虫在外部形态及生理特性等方面有很大差异。幼虫-蛹-成虫之间的转化受保幼激素（维持幼虫形态）和蜕皮激素（促进蜕皮/变态）的严格控制。研究发现保幼激素信号通路基因 Met 和 Kr-h1 的功能缺失会造成高龄幼虫的早熟变态，而对低龄幼虫没有影响。长期以来，低龄幼虫不依赖JH信号而维持幼虫形态的关键因子及机制一直不清楚。近年来在模式生物果蝇中研究发现BTB-锌指蛋白Chinmo可能是低龄幼虫期维持幼虫形态的关键因子之一。然而，对于Chinmo如何调控 Br-C 和 E93 等变态发育关键基因，与JH信号之间是否存在互作等问题仍不清楚。

本研究中首先分别建立了敲除、过表达 Chinmo 和 Kr-h1 的Sf9细胞系，在细胞水平上证实了Chinmo和Kr-h1可直接调控 Br-C 和 E93 的表达。随后利用转基因CRISPR体系分别获得了单独敲除 Chinmo 、Kr-h1 和共同敲除两基因的突变品系，发现 Chinmo 突变体在3龄-4龄出现蜕皮失败现象；Kr-h1 突变体的5龄和6龄幼虫表皮均出现嵌合蛹表皮现象，并最终导致化蛹失败；而 Chinmo/Kr-h1 双敲除突变体的部分幼虫在2龄末期出现表皮嵌合黑化以及蜕皮失败等现象，部分双敲突变体幼虫可以生长至4龄，但均无法完成蜕皮，体表出现嵌合蛹表皮现象；在这些突变体中均检测到 Br-C 和 E93 表达量的显著升高；这些结果说明Chinmo和Kr-h1均是幼虫发育不可或缺，Chinmo在幼虫发育早期抑制早熟变态，JH信号通路则在幼虫发育晚期发挥抑制早熟变态的作用。对突变体进行RNAseq，结果显示Chinmo可能具有调控染色质可及性的功能，为证实这一猜想对前面建立的敲除细胞系进行了单细胞ATAC-seq及整体差异可及性分析，发现敲除Chinmo样本具有更开放的染色质可及性，使得 Br-C 和 E93 等变态发育基因启动子区域更容易与调控因子结合而提升表达水平。

以上结果最终证明了Chinmo具有调节染色质可及性的功能，可在不依赖激素信号的情况下闭合 Br-C 和 E93 等变态发育基因启动子的可及性，抑制此类基因表达，从而阻止低龄幼虫的早熟变态。本研究不仅解析了Chinmo抑制昆虫早熟变态的分子机制，也为害虫防治提供了很好的分子靶标。

论文链接：

https://doi.org/10.1073/pnas.2411286121

来源：西北农林科技大学