近日，我院作物害虫致灾机理及防治团队青年教师陈希恩教授在《美国国家科学院院刊》（PNAS）发表了题为“Chronologically inappropriate morphogenesis ( Chinmo ) is required for maintenance of larval stages of fall armyworm”的研究论文。该研究发现转录因子Chinmo在草地贪夜蛾低龄幼虫时期参与调控变态发育基因（促进蛹发育的关键基因 Br-C 、促进成虫发育的关键基因 E93 ）区域的染色质重塑，抑制此类基因在低龄幼虫时期表达，从而在不依赖激素信号的情况下抑制幼虫早熟变态。

完全变态昆虫一生要经历卵、幼虫、蛹和成虫4个虫期。幼虫与蛹、成虫在外部形态及生理特性等方面有很大差异。幼虫-蛹-成虫之间的转化受保幼激素（维持幼虫形态）和蜕皮激素（促进蜕皮/变态）的严格控制。研究发现保幼激素信号通路基因 Met 和 Kr-h1 的功能缺失会造成高龄幼虫的早熟变态，而对低龄幼虫没有影响。长期以来，低龄幼虫不依赖JH信号而维持幼虫形态的关键因子及机制一直不清楚。近年来在模式生物果蝇中研究发现BTB-锌指蛋白Chinmo可能是低龄幼虫期维持幼虫形态的关键因子之一。然而，对于Chinmo如何调控 Br-C 和 E93 等变态发育关键基因，与JH信号之间是否存在互作等问题仍不清楚。

本研究中首先分别建立了敲除、过表达 Chinmo 和 Kr-h1 的Sf9细胞系，在细胞水平上证实了Chinmo和Kr-h1可直接调控 Br-C 和 E93 的表达。随后利用转基因CRISPR体系分别获得了单独敲除 Chinmo  、Kr-h1 和共同敲除两基因的突变品系，发现 Chinmo 突变体在3龄-4龄出现蜕皮失败现象； Kr-h1 突变体的5龄和6龄幼虫表皮均出现嵌合蛹表皮现象，并最终导致化蛹失败；而 Chinmo/Kr-h1 双敲除突变体的部分幼虫在2龄末期出现表皮嵌合黑化以及蜕皮失败等现象，部分双敲突变体幼虫可以生长至4龄，但均无法完成蜕皮，体表出现嵌合蛹表皮现象；在这些突变体中均检测到 Br-C 和 E93 表达量的显著升高；这些结果说明Chinmo和Kr-h1均是幼虫发育不可或缺，Chinmo在幼虫发育早期抑制早熟变态，JH信号通路则在幼虫发育晚期发挥抑制早熟变态的作用。对突变体进行RNAseq，结果显示Chinmo可能具有调控染色质可及性的功能，为证实这一猜想对前面建立的敲除细胞系进行了单细胞ATAC-seq及整体差异可及性分析，发现敲除Chinmo样本具有更开放的染色质可及性，使得 Br-C 和 E93 等变态发育基因启动子区域更容易与调控因子结合而提升表达水平。

以上结果最终证明了Chinmo具有调节染色质可及性的功能，可在不依赖激素信号的情况下闭合 Br-C 和 E93 等变态发育基因启动子的可及性，抑制此类基因表达，从而阻止低龄幼虫的早熟变态。本研究不仅解析了Chinmo抑制昆虫早熟变态的分子机制，也为害虫防治提供了很好的分子靶标。

论文链接：https://doi.org/10.1073/pnas.2411286121  

编辑：刘小凤

审核：郭   军