近日，西北農林科技大學植物保護學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。該研究發現轉錄因子Chinmo在草地貪夜蛾低齡幼蟲時期參與調控變態發育基因（促進蛹發育的關鍵基因 Br-C 、促進成蟲發育的關鍵基因 E93 ）區域的染色質重塑，抑制此類基因在低齡幼蟲時期表達，從而在不依賴激素訊號的情況下抑制幼蟲早熟變態。
完全變態昆蟲一生要經歷卵、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）和蛻皮激素（促進蛻皮/變態）的嚴格控制。研究發現保幼激素訊號通路基因 Met 和 Kr-h1 的功能缺失會造成高齡幼蟲的早熟變態，而對低齡幼蟲沒有影響。長期以來，低齡幼蟲不依賴JH訊號而維持幼蟲形態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現BTB-鋅指蛋白Chinmo可能是低齡幼蟲期維持幼蟲形態的關鍵因子之一。然而，對於Chinmo如何調控 Br-C 和 E93 等變態發育關鍵基因，與JH訊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。隨後利用轉基因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，並最終導致化蛹失敗；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均是幼蟲發育不可或缺，Chinmo在幼蟲發育早期抑制早熟變態，JH訊號通路則在幼蟲發育晚期發揮抑制早熟變態的作用。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 等變態發育基因啟動子區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具有調節染色質可及性的功能，可在不依賴激素訊號的情況下閉合 Br-C 和 E93 等變態發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。本研究不僅解析了Chinmo抑制昆蟲早熟變態的分子機制，也為害蟲防治提供了很好的分子靶標。
論文連結：
https://doi.org/10.1073/pnas.2411286121
來源：西北農林科技大學
