近日，西北农林科技大学植物保护学院作物害虫致灾机理及防治团队青年教师陈希恩教授在《美国国家科学院院刊》（PNAS）发表了题为“Chronologically inappropriate morphogenesis ( Chinmo ) is required for maintenance of larval stages of fall armyworm”的研究论文。这项研究表明，转录因子Chinmo在草地贪夜蛾的幼虫阶段通过调控变态发育相关基因（如促进蛹发育的Br-C和促进成虫发育的E93）所在区域的染色质结构变化，抑制这些基因在幼虫早期阶段的表达，从而在不依赖于激素信号的情况下防止幼虫过早进入变态过程。
完全变态昆虫的生活周期包括卵、幼虫、蛹和成虫四个阶段。幼虫与蛹、成虫在外形和生理特性上有显著区别，其转换受到保幼激素（保持幼虫状态）和蜕皮激素（促进蜕皮和变态）的精确调控。已知保幼激素信号路径中的Met和Kr-h1基因的功能丧失会导致高龄幼虫提前进入变态，但对低龄幼虫的影响较小。长期以来，关于低龄幼虫如何在缺乏保幼激素信号的情况下维持其幼虫状态的关键因素及其机制一直未明。近年来的研究表明，果蝇中的BTB-锌指蛋白Chinmo可能是维持低龄幼虫状态的关键因素之一。不过，关于Chinmo如何调控Br-C和E93等变态发育相关基因，以及它与保幼激素信号之间是否有关联等问题仍然未知。
在这项研究中，研究人员首先构建了Chinmo和Kr-h1基因敲除及过表达的Sf9细胞系，从细胞水平验证了这两个基因可以直接调控Br-C和E93的表达。接着，通过转基因CRISPR技术分别获得单一敲除Chinmo或Kr-h1，以及同时敲除两个基因的突变株系。研究发现，Chinmo突变体在三龄至四龄幼虫期间出现蜕皮障碍；Kr-h1突变体的五龄和六龄幼虫皮肤出现类似蛹皮肤的现象，最终导致无法正常化蛹；而Chinmo和Kr-h1双基因敲除的突变体在二龄末期就表现出皮肤嵌合黑化及蜕皮障碍等症状，部分双基因敲除的幼虫虽然能成长至四龄，但都无法完成蜕皮，皮肤同样出现类似蛹皮肤的情况。这些突变体中Br-C和E93的表达水平显著上升，这表明Chinmo和Kr-h1都是幼虫发育过程中必不可少的，其中Chinmo主要负责抑制幼虫早期的过早变态，而保幼激素信号路径则在幼虫晚期发挥作用以抑制过早变态。进一步的RNAseq分析显示，Chinmo可能通过调控染色质的可达性来发挥作用。通过单细胞ATAC-seq和整体差异可达性分析，证实了Chinmo敲除样本中染色质可达性增加，使Br-C和E93等变态发育相关基因的启动子区域更易被调控因子识别，从而提高这些基因的表达水平。
总之，这项研究揭示了Chinmo通过调节染色质可达性，关闭Br-C和E93等变态发育相关基因启动子的可达性，抑制这些基因的表达，进而阻止低龄幼虫过早进入变态过程的分子机制。此研究成果不仅解析了Chinmo抑制昆虫过早变态的分子基础，也为开发新的害虫防控策略提供了潜在的分子靶点。
