nature子刊:ca 生长状态——生殖滞育

华中农业大学植物科学技术学院的王小平教授把最新成果给发表到了《PNAS》上。这次他们找来了加拿大阿尔伯塔大学的刘文博士做通讯作者,共同署名完成了这项研究。大家应该还记得十字花科蔬菜里的大害虫——大猿叶虫Colaphellus bowringi吧,这回王小平老师用它做模型,找出了控制昆虫生殖滞育的关键因素。这研究揭示了一个挺有意思的道理:合成保幼激素(JH)的关键器官咽侧体(CA)长什么样,直接决定了它能产多少激素,这个器官就像开关一样决定滞育会不会启动。他们让博士生王蔻当第一作者,课题组通过观察发现,在短日照(SD)和长日照(LD)这两种环境下,雌成虫的咽侧体生长状态差得很大。SD条件下,CA细胞特别活跃,细胞核也变大了;LD下就一直维持着低水平生长。这生长快慢和JH的多少是紧紧绑在一起的。但让人意外的是,那些之前被认为能调控JH合成的基因并没有影响到CA的大小。这说明在激素还没开始合成的时候,早就有上游的机制决定了CA的生长状态。为了找到这个机制,研究人员先建了一个数据库,把SD和LD下的CA还有全虫的RNA信息都录了进去。他们拿全虫做参考,筛出了那些在CA里特别爱表达又能对光周期信号做出反应的基因。接着他们用RNAi技术做筛选(一共试了约54个候选基因),最后锁定了两个关键转录因子:retn和vvl。这两个家伙都能专门管着CA的生长和激素合成的能力,谁在那儿说了算谁就能决定滞育启动不启动。大家仔细看看数据就会发现,在SD条件下这两个基因在CA细胞核里都特别爱表达,而且retn还在vvl的上游指挥着它。敲除它们之后做联合分析,再从23个候选基因里进一步做RNAi筛选,研究人员终于找到了第三个关键角色——转录因子emc。这三个家伙(retn–vvl–emc)串起来就构成了一个光周期敏感的转录级联反应链条。它们通过控制CA里的DNA复制活动来塑造器官的大小状态,从而最终决定JH的合成能力和生殖滞育的启动时间。这项研究建立起了“光周期信号—CA生长状态—生殖滞育”之间的紧密联系,也揭示了滞育过程中器官功能受到多层级调控的复杂机制。基于这些发现,王小平老师提出了一个新的模型:环境信号通过改变内分泌器官的生长状态来限制它产激素的能力,这样就能把昆虫的季节性生理变化稳定地给调控好啦。