“氓之蚩蚩，抱布贸丝。匪来贸丝，来即我谋”，这是《诗经·氓》中形容人们进行蚕丝贸易活动的诗句，可见蚕桑产业在我国历史之悠久。丝绸之路作为古代贸易通道，将我国的丝绸传遍了亚欧大陆，成为了东西方文明交流的桥梁。家蚕是蚕丝产业的关键，其吐丝能力是其最为突出的经济性状。家蚕的吐丝特性直接关系到丝绸的质量和产量，如何提高家蚕吐丝产量和质量一直是科研工作者关注的重点课题。
应用昆虫保幼激素类似物可以增加蚕丝蛋白的合成，但是具体机制尚未阐明。近年，有研究发现RNA的m6A修饰在真核生物生长发育过程中扮演重要角色。关于m6A在家蚕生理中是否具有重要功能及作用机制缺少相关研究。课题组前期进行了m6A相关基因在200多种昆虫中的进化分析，确定了m6A相关基因的进化保守性以及在家蚕胚胎发育过程中的重要功能。近日，课题组研究并阐明了m6A修饰在介导保幼激素调控蚕丝合成中的重要机制，在国际知名期刊Cellular and Molecular Life Sciences上发表了题为“Juvenile hormone regulates silk gene expression by m6A RNA methylation” 的研究文章，为阐明保幼激素调控蚕丝蛋白的合成机制提供了新依据。
该研究通过对家蚕进行多种激素的处理并进行转录组分析，确定了保幼激素特异性调节家蚕后部丝腺中的m6A相关基因METTL3和YTHDF3的表达，探明保幼激素调控家蚕后丝腺中的m6A修饰。进行MeRIP测序分析后发现m6A修饰在家蚕后丝腺mRNA上广泛分布，并且调控mRNA的翻译、降解、剪切等过程。保幼激素处理后，m6A修饰差异的基因在Wnt信号通路、自噬通路等重要通路显著富集，探明保幼激素通过调控m6A修饰进而调控上述通路活性（图1）。
图1 保幼激素家蚕后丝腺中基因表达和m6A修饰
后部丝腺作为家蚕丝蛋白合成过程中的主要器官，对于蚕丝生产具有重要意义。转录组和MeRIP测序数据联合分析，确定了保幼激素处理对于后部丝腺中丝蛋白合成相关基因的m6A修饰变化以及表达趋势变化。该研究发现，16个丝蛋白相关基因有显著表达差异，其中5个丝蛋白相关基因具有明显的m6A修饰差异。通过RNAi技术干扰了m6A甲基转移酶复合体中核心催化组分METTL3的表达，发现11个丝蛋白合成相关基因出现了明显的表达差异，说明了m6A修饰对于丝蛋白相关基因的调控作用。进一步构建瞬时表达丝蛋白基因载体，结合MeRIP数据进行m6A修饰位点突变，在家蚕卵巢细胞中进行转染并检测表达，证明了CDS区域的m6A修饰位点介导了保幼激素对丝蛋白相关基因的调控作用（图2）。
图2 保幼激素通过m6A修饰调控丝蛋白相关基因的表达
该研究探明了m6A在家蚕后部丝腺中的重要生物学功能，揭示了m6A介导保幼激素调控丝蛋白相关基因表达的作用，提供了RNA表观遗传与家蚕激素响应相关调控网络研究的新见解，对蚕丝生产具有理论借鉴意义。
硕士生刘帅齐为论文第一作者，王华兵教授为论文通讯作者。徐豫松副教授、硕士生田欢共同参与本研究工作。郝志华、李颖慧、邹诗雨、陶楒远对本研究提供帮助。该研究得到浙江省自然科学基金，国家自然科学基金和浙江省育种专项资助。
原文链接：https://doi.org/10.1007/s00018-023-04996-1
相关课题组供稿
2023年10月26日