科学家揭示家蚕如何“因地制宜”控制繁殖 | 科技前线

家蚕在长期驯化过程中，其年度生活史（每年繁殖代数）策略受到规律性地人工选择。中国科学院分子植物科学卓越创新中心研究发现，核心生物钟基因Cycle是控制家蚕滞育（似于冬眠）的关键“开关”，揭示了家蚕生活史变异的遗传机制。

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滞育：昆虫的季节生存策略

为适应不同地域和气候条件，昆虫需要有效的季节性适应策略（如迁飞、滞育等），以及合理的年度生活史，以躲避应对低温、短光照、食物匮乏等不利环境。

昆虫的滞育，是在特定时期或特定季节性信号（如光变化、温度等）的诱导下发生的发育停滞行为，同时伴随生理、代谢、表型等方面的变化。

滞育的发生，帮助昆虫应对不利环境，并显著延长昆虫的世代周期，因此也是造成昆虫不同年度生活史的生理基础。

大多数家蚕品系（特别是生产品系），由于胚胎滞育可实现每年繁殖1-2代，以适应温带地区人类的劳作周期。而来源于热带、亚热带地区的家蚕品系，一般不发生滞育，可实现每年多代繁殖。

▲家蚕化性与季节性适应（蓝色：二化，即通过胚胎滞育一年繁殖2代；红色：多化，一年多代）

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Cycle基因调控家蚕滞育

研究团队通过正向遗传学手段，结合全基因组关联分析，确定了Cycle基因是控制家蚕滞育和化性差异的主效基因。研究团队进一步发现，家蚕Cycle基因通过可变剪接编码3个亚型（A-C）。相较于滞育品系，非滞育品系的C亚型功能缺失，但A/B亚型保留完整。

通过开展基因编辑、生理生化实验、行为学实验等，研究团队发现C亚型控制家蚕滞育的环境诱导，而A/B亚型发挥Cycle本身的昼夜节律调控功能，并进一步证明Cycle基因的双重功能在鳞翅目昆虫中（农林害虫中种类最多的类群，包括蛾类和蝴蝶）具有普适性，确认了该基因是昆虫核心生物钟基因，主要参与昆虫的昼夜节律调控。

▲生物钟基因

Cycle

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破解难题

昆虫种类众多，滞育形式各异，此前只有模式昆虫-果蝇的滞育变异机制得到了部分解析。

本次研究成功鉴定了控制家蚕滞育的关键“开关”，初步回答了关于家蚕化性变异的难题，并为昆虫表型可塑性研究提供了新见解和新素材。

同时，该研究也解释了生物钟基因如何在不影响昼夜节律调控稳定性的前提下，实现季节节律调控的可塑性。

该研究在分子水平方面，为掌握虫害的发生规律、制订合理的防治方案，“无创”打破滞育、高效利用资源昆虫，以及在全球变暖大背景下预测昆虫种群潜在的动态变化等提供理论依据。

来源：中国科学院分子植物科学卓越创新中心

责任编辑：曹旸