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      孙江华研究组发现蛔甙信号调控的昆虫低温适应机制

        冬季低温是昆虫生存和繁殖的一个重要限制性因子。在长期进化过程中,温带或寒带昆虫形成了一系列低温适应策略和抗寒机制。其中,生理上的适应对于昆虫抗寒能力的产生和维持至关重要,但其信号调控机制尚不清楚?;走埃╝scaroside)作为小分子信号物质在线虫中高度保守,且在其行为和发育上发挥着多种重要的功能。有意思的是,2016年,我们发现松墨天牛(Monochamus alternatus)也能产生蛔甙类物质。进一步研究发现,蛔甙asc-C9能够协调松材线虫和松墨天牛一致发育及生活史偶联,从而有利于二者媒介关系的维持,导致松材线虫病在我国的广泛传播蔓延并爆发成灾(Zhao et al., 2016, Nat. Commun.)。与此同时,asc-C9具有温度可塑性,无论经野外还是室内低温驯化后,其含量都显著增加,这提示asc-C9可能与松墨天牛的低温适应相关。此外,越来越多的组学数据表明,miRNAs可能作为表观遗传调控因子参与昆虫低温适应,但具体的调控机制还鲜有报道。

        本研究发现miRNA介导的蛔甙信号能够调控昆虫的抗寒性。我们首先发现,低温驯化能够显著降低天牛的过冷却点和死亡率,说明其抗寒能力显著增强。高通量测序、miRNA筛选和功能验证表明,miR-31-5p在低温胁迫下显著上调,显著促进天??购缘脑銮?。miR-31-5p负调控?;窤氧化酶(acyl CoA oxidase, ACOX1),由于ACOX1是过氧化物酶体β氧化循环中的限速酶,而且是含有中链或长链脂肪酸侧链蛔甙(如asc-C9)的去饱和酶,因此ACOX1的下调导致asc-C9的积累。喂食实验及基因表达模式分析进一步发现,asc-C9很可能作为一种小分子信号物质,诱导天牛产生代谢的抑制和海藻糖、甘油和山梨醇等抗冻?;ぜ恋幕?,从而增强天牛的抗寒性。

        本研究发现了蛔甙的一种新功能,阐明了一种新的昆虫低温适应机制。研究结果近期发表在BMC Biology,动物研究所张宾博士和赵莉蔺研究员为论文共同第一作者,孙江华研究员为通讯作者。研究得到了国家自然科学基金、博士后基金的资助。

        论文链接:https://doi.org/10.1186/s12915-020-00926-w

       

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