近日，中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心詹帥研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，核心生物鐘基因Cycle是調(diào)控家蠶滯育變異的關(guān)鍵基因，并揭示家蠶生活史多樣性形成的遺傳基礎(chǔ)。
昆蟲(chóng)是地球上分布最廣的動(dòng)物類群。為適應(yīng)不同地域和氣候條件，昆蟲(chóng)需要有效的季節(jié)性適應(yīng)策略如遷飛、滯育等以及合理的年度生活史即每年發(fā)生代數(shù)，以躲避或應(yīng)對(duì)低溫、短光照、食物匱乏等不利環(huán)境。昆蟲(chóng)滯育是在特定時(shí)期或在特定環(huán)境信號(hào)的誘導(dǎo)下發(fā)生的發(fā)育停滯行為，并伴隨生理、代謝、表型等方面的變化。滯育幫助昆蟲(chóng)應(yīng)對(duì)不利環(huán)境并延長(zhǎng)其世代周期，是昆蟲(chóng)種群在不同氣候條件下維持相應(yīng)年度生活史的生理基礎(chǔ)。昆蟲(chóng)種類眾多，滯育形式各異。目前，具體的滯育和化性變異機(jī)制只在模式昆蟲(chóng)-果蠅中得到部分解析。
家蠶在長(zhǎng)期馴化過(guò)程中，其化性受到規(guī)律性的人工選擇：多數(shù)家蠶品系特別是生產(chǎn)品系由于胚胎滯育實(shí)現(xiàn)每年繁殖1-2代，以適應(yīng)溫帶地區(qū)人類的勞作周期；而來(lái)源于熱帶、亞熱帶地區(qū)的家蠶品系，一般不發(fā)生滯育，可實(shí)現(xiàn)每年多代繁殖。豐富的遺傳資源和相對(duì)明確的化性表型，使家蠶成為研究非模式昆蟲(chóng)滯育和化性變異的理想模型。1912年，美國(guó)科學(xué)家記載了家蠶化性的遺傳特征。但是，決定家蠶化性的主效基因和具體的遺傳機(jī)制至今尚不清楚。
詹帥團(tuán)隊(duì)聯(lián)合安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)、江蘇科技大學(xué)等的研究團(tuán)隊(duì)，以受溫度誘導(dǎo)的兼性滯育品系和非滯育品系為親本構(gòu)建作圖群體，通過(guò)經(jīng)典遺傳學(xué)分析將調(diào)控滯育變異的主效位點(diǎn)定位至Z染色體末端。團(tuán)隊(duì)針對(duì)具有不同化性特征的255個(gè)家蠶品系開(kāi)展全基因組關(guān)聯(lián)分析，進(jìn)一步將關(guān)鍵變異位點(diǎn)定位在該區(qū)域內(nèi)Cycle基因的5′端。研究發(fā)現(xiàn)，家蠶Cycle基因通過(guò)可變剪接編碼3個(gè)亞型；相較于滯育品系，非滯育品系在C亞型特異的N端外顯子上存在1-bp的堿基缺失，導(dǎo)致該亞型發(fā)生整體性移碼突變，但不影響其他亞型的編碼。團(tuán)隊(duì)通過(guò)基因編輯、生理生化實(shí)驗(yàn)、共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)分析、行為學(xué)實(shí)驗(yàn)等，證明CYC-C亞型可能作用于GABAergic-Corazonin-DH通路調(diào)控家蠶滯育的環(huán)境誘導(dǎo)，而A/B亞型發(fā)揮CYC本身的晝夜節(jié)律調(diào)控功能。同時(shí)，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，這些功能分化的CYC亞型以相對(duì)保守的形式普遍存在于鱗翅目昆蟲(chóng)中，并進(jìn)一步在亞洲玉米螟中驗(yàn)證了CYC-C對(duì)其幼蟲(chóng)滯育的調(diào)控作用，提示CYC-C對(duì)鱗翅目昆蟲(chóng)滯育調(diào)控的普適作用。
該研究鑒定到控制家蠶滯育發(fā)生和調(diào)節(jié)家蠶化性變異的主效基因，為探究環(huán)境因子對(duì)滯育等昆蟲(chóng)表型可塑性現(xiàn)象的作用機(jī)制提供了新理論和新素材。同時(shí)，這些新發(fā)現(xiàn)明確了生物鐘基因在昆蟲(chóng)季節(jié)性適應(yīng)中的重要作用，解析了生物鐘基因Cycle在適應(yīng)性演化中的具體變異機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，可變剪接賦予CYC功能多態(tài)性，兼顧季節(jié)節(jié)律調(diào)節(jié)的可塑性和晝夜節(jié)律調(diào)控的穩(wěn)定性。這一模式為解答功能基因如何廣泛參與昆蟲(chóng)復(fù)雜行為的適應(yīng)性演化提供了新視角。該研究所揭示的分子機(jī)制，為掌握蟲(chóng)害的發(fā)生規(guī)律、制訂合理的防治方案以及特異性打破滯育、高效利用資源昆蟲(chóng)等提供了理論依據(jù)。
5月30日，相關(guān)研究成果以Functional polymorphism of CYCLE underlies diapause variation in moths為題，發(fā)表在《科學(xué)》（Science）上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金和中國(guó)科學(xué)院穩(wěn)定支持基礎(chǔ)研究領(lǐng)域青年團(tuán)隊(duì)計(jì)劃等的支持。
論文鏈接
家蠶化性與季節(jié)性適應(yīng)（藍(lán)色：二化，即通過(guò)胚胎滯育一年繁殖2代；紅色：多化，一年多代）
研究思路：通過(guò)經(jīng)典遺傳學(xué)、全基因組關(guān)聯(lián)分析、基因編輯等發(fā)現(xiàn)調(diào)控滯育變異的關(guān)鍵變異發(fā)生在Cycle基因亞型C的特異外顯子
主要發(fā)現(xiàn)：生物鐘基因Cycle通過(guò)不同亞型的功能多態(tài)性同時(shí)調(diào)控晝夜節(jié)律和季節(jié)節(jié)律
本文鏈接：昆蟲(chóng)滯育研究取得重要進(jìn)展?http://www.sq15.cn/show-12-1199-0.html
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