華中農業大學教授以通訊作者身份發表《PNAS》

近日，華中農業大學植物科學技術學院王小平課題組在《PNAS》期刊上發表題為“Endocrine gland growth as the developmental switch for insect diapause”的研究論文。該研究發現：合成保幼激素（JH）的關鍵內分泌器官——咽側體（CA）的生長狀態，直接決定其激素合成能力，從而充當控制昆蟲生殖滯育啟動的“開關”。華中農業大學植物科學技術學院在讀博士生王蔻為論文第一作者，王小平教授和加拿大阿爾伯塔大學劉文博士為該論文共同通訊作者。

該研究以十字花科蔬菜害蟲大猿葉蟲（Colaphellus bowringi）為模型，發現生殖與滯育個體之間咽側體（CA）生長狀態存在顯著差異，并進一步解析了驅動這一差異的關鍵基因及其在生殖滯育啟動中的作用機制。

研究人員首先比較了短日照（SD）與長日照（LD）條件下雌成蟲CA的形態特征，發現SD個體CA生長活躍，細胞核顯著增大，而LD個體CA始終維持低生長狀態，該生長狀態差異與JH合成能力高度一致。然而進一步分析表明，已報道調控JH合成的關鍵基因并不影響CA大小，提示在激素合成之前，已存在上游機制決定CA的生長狀態及其激素合成能力。

為解析這一機制，研究人員構建了SD與LD條件下CA及全蟲轉錄組數據庫，以全蟲為對照篩選在CA中特異表達且響應光周期信號的候選基因。在此基礎上，結合基因差異分析與RNAi篩選（約54個候選基因），鑒定出兩個關鍵轉錄因子——retn與vvl，二者均可特異調控CA生長狀態與JH合成能力，從而決定生殖滯育是否啟動。進一步研究發現，retn與vvl在SD條件下于CA細胞核中顯著上調，且retn位于vvl上游調控其表達。通過對二者敲降后的轉錄組聯合分析，并在23個候選基因中進一步開展RNAi篩選，最終鑒定轉錄因子emc為其共同下游靶標。上述三個基因（retn–vvl–emc）構成一個光周期敏感的轉錄級聯，通過調控CA中的DNA復制活動，塑造其生長狀態，進而決定JH合成能力并控制生殖滯育的啟動。

該研究建立了“光周期信號—CA生長狀態—生殖滯育”的關鍵聯系，揭示了生殖滯育過程中CA功能受到器官生長狀態與JH合成基因表達的多層級調控。在此基礎上提出新的機制模型：環境信號通過塑造內分泌器官的生長狀態，限制其激素合成能力，從而穩定調控昆蟲的季節性生理變化。