发表机构：中国科学院分子植物科学卓越创新中心
作 者：詹帅（通讯作者）
昆虫是地球分布最广的动物类群，需通过滞育（特定时期或环境信号诱导的发育停滞）等策略适应不同环境，滞育是其化性（年度发生代数）的生理基础。家蚕在驯化中化性受人工选择：温带品系多因胚胎滞育每年繁殖1-2代，热带、亚热带品系常无滞育可多代繁殖。其丰富遗传资源与明确化性表型，使其成为研究非模式昆虫滞育和化性变异的理想模型。尽管1912年已有家蚕化性遗传特征记载，但决定其化性的主效基因与遗传机制至今仍未明确。
在该研究中，研究团队以受温度诱导的兼性滞育品系（二化，bi-voltinism）和非滞育品系（多化，poly-voltinism）为亲本构建作图群体，通过经典遗传学分析将调控滞育变异的主效位点定位至Z染色体末端。针对具有不同化性特征的255个家蚕品系开展全基因组关联分析，进一步将关键变异位点定位在该区域内Cycle基因的5’端。Cycle是昆虫核心生物钟基因（与哺乳动物Bmal1同源）；研究人员发现：家蚕Cycle基因通过可变剪接编码3个亚型（Isoforms A-C）；相较于滞育品系，非滞育品系在C亚型特异的N端外显子上存在1-bp的碱基缺失，导致该亚型发生整体性移码突变，但不影响其它亚型（A/B）的编码。通过开展基因编辑、生理生化实验、共表达网络分析、行为学实验等，研究人员证明CYC-C亚型可能作用于GABAergic-Corazonin-DH通路调控家蚕滞育的环境诱导，而A/B亚型发挥CYC本身的昼夜节律调控功能。此外，研究人员发现这些功能分化的CYC亚型以相对保守的形式普遍存在于鳞翅目昆虫（Lepidoptera，包括蛾类和蝴蝶）中，并进一步在亚洲玉米螟（Ostrinia furnacalis）中验证了CYC-C对其幼虫滞育（主要受光周期诱导）的调控作用，从而提示了CYC-C对鳞翅目昆虫滞育调控的普适作用。
该研究成功鉴定到控制家蚕滞育发生和调节家蚕化性变异的主效基因，为深入探究环境因子对滞育等昆虫表型可塑性现象的作用机制提供了新理论和新素材。此外，这些新发现进一步明确了生物钟基因在昆虫季节性适应中的重要作用，特别是解析了生物钟基因Cycle在适应性演化中的具体变异机制：研究发现，可变剪接赋予CYC功能多态性，从而兼顾了季节节律调节的可塑性和昼夜节律调控的稳定性。这一巧妙模式为解答功能基因如何广泛参与昆虫复杂行为的适应性演化提供了崭新的视角。该研究所揭示的分子机制，为掌握虫害的发生规律、制订合理的防治方案，特异性打破滞育、高效利用资源昆虫等方面提供理论依据。
发表日期：2025-05-28
