2024 年4月8日，生物學領域國際著名期刊《eLife》在線發(fā)表了資源昆蟲高效養(yǎng)殖與利用全國重點實驗室代方銀教授團隊的最新科研成果“The BTB-ZF gene Bm-mamo regulates pigmentation in silkworm caterpillars”。該項研究揭示了一個鋅指蛋白基因調(diào)控家蠶幼蟲體色模式的功能及機制。
顏色模式是最為常見的生物性狀，在躲避天敵、求偶、免疫、調(diào)節(jié)體溫等多方面具有重要作用。同時，顏色在生物群體中具有各種變異，是遺傳和生物進化研究的重要模型。代方銀課題組基于長期的家蠶突變資源和遺傳學研究積淀，利用定位克隆研究手段，鑒定了家蠶體色突變體淡墨（black dilute）的負責基因Bm-mamo，其與黑腹果蠅的減數(shù)分裂所需母性基因（maternal gene required for meiosis, mamo）直系同源。mamo編碼BTB鋅指蛋白（BTB-ZF），該蛋白家族成員常常作為轉(zhuǎn)錄抑制因子調(diào)控其他基因的轉(zhuǎn)錄水平，在細胞分化、淋巴細胞生成、免疫、生殖、神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育等方面有重要作用。在黑腹果蠅中缺乏mamo會導致雌性果蠅的減數(shù)分裂染色體異常。
家蠶淡墨突變體表型
在這項研究中，通過利用1162個回交一代（BC1M）個體進行精細定位，將淡墨突變座位鎖定在約390 kb的基因組范圍，其中有5個預測基因；通過基因表達差異分析、序列分析，確定了預測基因BGIBMGA012517和BGIBMGA012518，并發(fā)現(xiàn)這兩個預測基因其實為一個基因。利用基因干涉（RNAi）和CRISPR/Cas9介導的基因敲除，確定了Bm-mamo的功能缺失導致家蠶幼蟲表皮黑色素沉著，呈現(xiàn)與淡墨突變體一樣的表型。
家蠶Bm-mamo基因的敲除實驗
通過轉(zhuǎn)錄組分析和qPCR分析發(fā)現(xiàn)，在家蠶mamo敲除系中，黑色素合成通路的基因yellow、DDC和tan顯著上調(diào)表達。這三個基因均是促進黑色素合成的重要基因。另外，發(fā)現(xiàn)一群表皮蛋白基因也顯著上調(diào)表達。表皮蛋白是昆蟲表皮的主要組分，前期有關研究發(fā)現(xiàn)，一些表皮蛋白與昆蟲幼蟲表皮著色及其模式密切相關，然而其如何被定位在昆蟲表皮的具體區(qū)域并不清楚。本研究中，根據(jù)轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點的分析發(fā)現(xiàn)，在Bm-mamo敲除系和正常型中差異表達的表皮蛋白基因和色素合成基因的調(diào)控區(qū)域存在Bm-mamo蛋白的結(jié)合位點，并利用EMSA技術在體外證實了Bm-mamo蛋白能夠直接與yellow基因上游70bp處序列結(jié)合。這說明，Bm-mamo蛋白可能通過直接結(jié)合的方式調(diào)控這些基因的表達。
本研究結(jié)果表明，Bm-mamo基因通過調(diào)控黑色素合成基因以及表皮蛋白基因的表達，從色素合成與表皮構建兩個方面綜合影響家蠶幼蟲的表皮著色。
黑色素代謝路徑基因表達水平檢測
差異表達的表皮蛋白基因
西南大學資源昆蟲高效養(yǎng)殖與利用全國重點實驗室為論文第一署名單位，青年教師吳松原博士為該論文第一作者，代方銀教授為論文通訊作者。本研究得到國家自然科學基金、重慶市自然科學基金及西南大學人才基金等項目的資助。
原文鏈接：https://elifesciences.org/articles/90795
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