近日，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院王小平課題組在《PNAS》期刊上發(fā)表題為“Endocrine gland growth as the developmental switch for insect diapause”的研究論文。該研究發(fā)現(xiàn)：合成保幼激素（JH）的關(guān)鍵內(nèi)分泌器官——咽側(cè)體（CA）的生長狀態(tài)，直接決定其激素合成能力，從而充當(dāng)控制昆蟲生殖滯育啟動的“開關(guān)”。華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院在讀博士生王蔻為論文第一作者，王小平教授和加拿大阿爾伯塔大學(xué)劉文博士為該論文共同通訊作者。

該研究以十字花科蔬菜害蟲大猿葉蟲（Colaphellus bowringi）為模型，發(fā)現(xiàn)生殖與滯育個體之間咽側(cè)體（CA）生長狀態(tài)存在顯著差異，并進(jìn)一步解析了驅(qū)動這一差異的關(guān)鍵基因及其在生殖滯育啟動中的作用機(jī)制。

研究人員首先比較了短日照（SD）與長日照（LD）條件下雌成蟲CA的形態(tài)特征，發(fā)現(xiàn)SD個體CA生長活躍，細(xì)胞核顯著增大，而LD個體CA始終維持低生長狀態(tài)，該生長狀態(tài)差異與JH合成能力高度一致。然而進(jìn)一步分析表明，已報道調(diào)控JH合成的關(guān)鍵基因并不影響CA大小，提示在激素合成之前，已存在上游機(jī)制決定CA的生長狀態(tài)及其激素合成能力。

為解析這一機(jī)制，研究人員構(gòu)建了SD與LD條件下CA及全蟲轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)庫，以全蟲為對照篩選在CA中特異表達(dá)且響應(yīng)光周期信號的候選基因。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合基因差異分析與RNAi篩選（約54個候選基因），鑒定出兩個關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子——retn與vvl，二者均可特異調(diào)控CA生長狀態(tài)與JH合成能力，從而決定生殖滯育是否啟動。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，retn與vvl在SD條件下于CA細(xì)胞核中顯著上調(diào)，且retn位于vvl上游調(diào)控其表達(dá)。通過對二者敲降后的轉(zhuǎn)錄組聯(lián)合分析，并在23個候選基因中進(jìn)一步開展RNAi篩選，最終鑒定轉(zhuǎn)錄因子emc為其共同下游靶標(biāo)。上述三個基因（retn–vvl–emc）構(gòu)成一個光周期敏感的轉(zhuǎn)錄級聯(lián)，通過調(diào)控CA中的DNA復(fù)制活動，塑造其生長狀態(tài)，進(jìn)而決定JH合成能力并控制生殖滯育的啟動。

該研究建立了“光周期信號—CA生長狀態(tài)—生殖滯育”的關(guān)鍵聯(lián)系，揭示了生殖滯育過程中CA功能受到器官生長狀態(tài)與JH合成基因表達(dá)的多層級調(diào)控。在此基礎(chǔ)上提出新的機(jī)制模型：環(huán)境信號通過塑造內(nèi)分泌器官的生長狀態(tài)，限制其激素合成能力，從而穩(wěn)定調(diào)控昆蟲的季節(jié)性生理變化。