資源昆蟲高效養(yǎng)殖與利用全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室童曉玲教授課題組前期研究發(fā)現(xiàn)BmE2F1能顯著提升家蠶的繭絲產(chǎn)量（Nat. Commun，2022），但是其具體的分子機(jī)制尚不清楚。2024年12月26日，該課題組在國際學(xué)術(shù)期刊International Journal of Biological Macromolecules（中科院一區(qū)）在線發(fā)表了題為“BmE2F1 regulates endoreplication of silk gland cells in silkworm, Bombyx mori”的研究論文，該研究揭示轉(zhuǎn)錄因子BmE2F1通過調(diào)控絲腺細(xì)胞核內(nèi)復(fù)制進(jìn)而影響家蠶繭絲產(chǎn)量。
在該研究中，課題組首先采用RNA測序技術(shù)，分析了大造蠶品系和絲腺特異性過表達(dá)BmE2F1的家蠶品系的絲腺轉(zhuǎn)錄組。在差異表達(dá)基因中，許多與DNA復(fù)制（家蠶幼蟲絲腺細(xì)胞的核內(nèi)復(fù)制）相關(guān)的基因顯著富集（圖1）。
圖1. 家蠶絲腺中BmE2F1過表達(dá)引起的許多差異基因富集在DNA復(fù)制通路
在真核細(xì)胞周期的S期，DNA復(fù)制是一個復(fù)雜的過程，涉及多種蛋白復(fù)合體的參與，包括DNA聚合酶、解旋酶、滑動夾子和加載器，以及DNA連接酶等?；贒NA復(fù)制模型和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析，課題組發(fā)現(xiàn)在BmE2F1過表達(dá)后絲腺中與DNA復(fù)制相關(guān)的基因顯著高表達(dá)。同時，定量實(shí)時PCR實(shí)驗(yàn)也證實(shí)相同的結(jié)果（圖2）。
圖2. 家蠶絲腺細(xì)胞中DNA復(fù)制通路的基因顯著高表達(dá)
家蠶絲腺細(xì)胞的核內(nèi)復(fù)制周期主要涉及G/S期的轉(zhuǎn)換。因此，課題組檢測了G/S期轉(zhuǎn)換期間關(guān)鍵基因的表達(dá)，如BmCyclin E和BmCDK2等。結(jié)果顯示，過表達(dá)BmE2F1后， BmCyclin E顯著上調(diào)。流式細(xì)胞術(shù)實(shí)驗(yàn)顯示過表達(dá)BmE2F1后家蠶細(xì)胞中S期的細(xì)胞比例顯著增加。
圖3. BmE2F1促進(jìn)家蠶細(xì)胞進(jìn)入S期（DNA 復(fù)制期）
此外，該研究發(fā)現(xiàn)在家蠶絲腺細(xì)胞中過表達(dá)BmE2F1后，絲腺細(xì)胞DNA復(fù)制顯著增強(qiáng)，DNA含量顯著增加（圖4）。
圖4. BmE2F1增加家蠶絲腺細(xì)胞的DNA復(fù)制及DNA含量
綜上，BmE2F1通過兩種機(jī)制調(diào)控家蠶絲腺細(xì)胞的核內(nèi)復(fù)制：一是增強(qiáng)DNA復(fù)制復(fù)合體的形成，二是促進(jìn)細(xì)胞進(jìn)入S期。最終，家蠶絲腺細(xì)胞中增加的DNA含量致使家蠶繭絲產(chǎn)量增加（圖5）。
圖5. BmE2F1調(diào)控家蠶繭絲產(chǎn)量的模式圖
西南大學(xué)資源昆蟲高效養(yǎng)殖與利用全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為論文第一署名單位，青年教師周琳莉?yàn)檎撐牡谝蛔髡?，童曉玲教授為論文通訊作者。本研究由國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目等提供資助。
論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0141813024097277?via%3Dihub
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