华中农业大学植物科学技术学院王小平教授团队在国际期刊PNAS发表科研成果:内分泌腺体生长作为昆虫滞育的发育开关研究

“Endocrine gland growth as the developmental switch for insect diapause”文章发表在《PNAS》。光周期通过retn-vvl-emc转录级联调控咽侧体（CA）的DNA核内复制与腺体生长，直接决定保幼激素（JH）合成能力，成为大猿叶甲生殖滞育的核心发育开关；短日照促CA生长与JH合成以启动生殖，长日照抑制该通路引发滞育，首次从遗传层面证实内分泌腺体生长是滞育的因果调控因子。

研究背景

滞育是昆虫应对季节逆境的关键生存策略，生殖滞育的核心标志是咽侧体分泌的JH水平下降，但环境信号如何转化为内分泌变化、CA生长与滞育的直接因果关系尚未明确。大猿叶甲具有独特的夏季滞育特性，长日照诱导滞育、短日照促生殖，是解析光周期调控滞育机制的理想模型。

实验方法

以大猿叶甲为研究对象，对比短日照（生殖）与长日照（滞育）条件下CA的形态与大小；开展CA与全身转录组测序，筛选光周期响应及CA富集基因；通过RNAi技术筛选关键调控因子；结合免疫荧光、Westernblot、荧光素酶报告实验验证基因调控关系；利用JH类似物甲氧普烯开展恢复实验，确认通路功能。

核心结果

长日照下CA及细胞核体积显著小于短日照组，JH合成关键基因低表达，卵巢发育停滞、脂质积累，呈现滞育表型。

转录组显示短日照显著激活CA的DNA复制通路，沉默cdt1、pola1等复制基因会缩小CA、降低JH水平并诱导滞育。

RNAi筛选鉴定出retn与vvl为核心调控因子，retn位于vvl上游，二者共同激活下游转录因子emc，形成光周期响应的转录级联。

沉默retn、vvl或emc均会抑制CA核内复制、缩小腺体、降低JH滴度，引发滞育；JH类似物可逆转该表型，且该级联仅特异性调控CA，不影响脑组织。

研究结论

本研究首次提供遗传证据，证明内分泌器官生长是昆虫季节性滞育的直接调控开关；光周期通过retn-vvl-emc级联调控CA的核内复制与大小，设定JH合成的基础容量，进而决定生殖或滞育命运。研究提出JH调控的双层模型：CA生长决定激素合成容量，染色质重塑等通路精细调控酶基因表达，该机制为害虫滞育防控、益虫保存期延长提供了全新理论与靶点。

原文链接：

https://doi.org/10.1073/pnas.2531351123