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国科大导师孙玉诚研究团队揭示蚜虫翅型分化的调控机制

  •   昆虫是最早演化出翅并具备飞行能力的动物类群,许多昆虫具有翅的非遗传多型现象。其中,蚜虫的翅二型现象是昆虫可变翅型最为极端的模式,即完整发育的翅和完全降解的翅,且翅型转变完全依赖跨代信号调控。由于其祖先和邻近种均为有翅,无翅蚜在演化动力、性状决定和调控机制的研究在国际上处于空白。

      蚜虫翅型分化受到种群密度、温度光周、寄主营养、天敌胁迫等多种环境因素影响。母代蚜虫感知外部环境信号后,将其转换为分子信号,通过跨代传递到子代胚胎,决定子代翅原基组织细胞命运。本研究通过比较密度依赖的有翅蚜和无翅蚜一龄阶段翅原基组织形态,发现有翅蚜和无翅蚜在出生24 h均有翅原基组织,但无翅蚜翅原基组织在出生后的30-36 h发生明显退化(图1)。透射电镜和免疫荧光实验发现翅原基组织降解过程中发生了明显的细胞自噬。进一步通过药理学实验证明激活自噬可以降低有翅蚜比例,而抑制自噬可以升高有翅蚜比例。翅两型蚜虫转录组分析发现雷帕霉素靶蛋白(Target of rapamycin, TOR)信号通路中的关键转录因子REPTOR2repress by TOR 2)在翅原基降解关键期参与了调控。基因组学分析发现REPTOR2的形成是由于经历了一次基因复制事件(gene duplication),常染色体A1上的母基因REPTOR1通过复制,在X染色体上形成了REPTOR2,其在蚜虫胸节高表达,能够特异性地激活翅原基组织自噬并降低有翅蚜比例。进一步通过双干扰实验发现TOR主要通过抑制REPTOR2的转录调控翅原基组织自噬和有翅蚜比例(图2)。该研究解析了蚜虫翅原基命运决定的调控途径,揭示了关键转录因子调控翅原基发育可塑性的分子机制,为深入理解昆虫翅多型现象的分子演化奠定重要基础。

      上述工作于2023年3月22日在eLife上发表。 中国科学院动物研究所博士研究生原二亮为该论文第一作者,孙玉诚研究员和戈峰研究员为共同通讯作者,研究得到了动物研究所王琛柱研究员和陈金锋研究员的指导和帮助。工作受到了国家重点研发计划(2022YFD1400800)、中国科学院B类先导培育项目(XDPB16) 、基金委原创项目(32250002)等项目的支持。

      文章链接: Yuan E, Guo H, Chen W, Du B, Mi Y, Qi Z, Yuan Y, Zhu-Salzman K, Ge F*, Sun Y*. 2023. A novel gene REPTOR2 activates the autophagic degradation of wing disc in pea aphid. eLife. DOI:https://doi.org/10.7554/eLife.83023.

    图 1. 明确了无翅蚜翅原基降解的关键时间节点在出生后30h

    图 2. TOR受到抑制后激活转录因子REPTOR2,从而启动翅原基组织自噬发育成无翅


    责编 :韩明瑞