山东农业大学“国家优青”团队博士生第一作者在《PNAS》发表重要研究成果
学术
2024-11-16 17:44
法国
昆虫是除了鸟类之外，唯一具备翅膀的动物群体。翅膀的存在让昆虫能够高效地飞翔，这使它们得以迅速扩散至地球上的各个角落，适应各种环境条件，促进了昆虫的进化过程，成为推动昆虫多样性的关键因素之一。同时，翅膀也是昆虫分类学中的一个重要参考特征。翅膀的存在给农业和林业害虫的控制带来了额外挑战。因此，深入研究昆虫翅膀发育背后的分子机制，对于昆虫分类、进化研究、物种多样性保护以及生物防控策略的制定都有着极其重要的意义。大多数昆虫从幼虫阶段开始经历变态发育直至成虫，这一过程中翅膀的原始结构就已经开始分化。昆虫翅膀主要由翅脉和翅膜两部分组成，其中翅脉作为支撑结构，对翅膀的形态和坚固度起到了决定性的作用。翅脉的特殊化发展涉及到了细胞分裂、分化及程序性死亡等一系列复杂的生物学过程。在此过程中，Hedgehog (Hh)信号通路扮演着核心角色，其功能异常会导致翅脉发育紊乱。Hh信号通路主要通过调控转录因子Ci的核内外移动及其稳定性来影响下游目标基因的表达。当Hh信号未被激活时，Ci蛋白会被固定在细胞质中，并通过一系列蛋白激酶如PKA、CK1、GSK3的磷酸化作用，最终被Slimb-Cul1泛素连接酶系统降解。而当Hh信号被激活后，Ci蛋白会移向细胞核内部，与辅因子CBP结合，从而激活目标基因的表达。不过，关于进入细胞核后的Ci蛋白活性是如何被调控的问题，科学界此前了解得并不充分。2024年11月12日，山东农业大学生命科学学院的周紫章团队在《美国科学院院报》(PNAS)上发表了一篇题为“Tai/NCOA2 suppresses the Hedgehog pathway by directly targeting the transcription factor Ci/GLI”的研究文章。这项研究表明，即使轻微激活Hh通路（例如通过过表达膜受体Smo），也不足以显著提升目标基因的表达水平，且翅脉仍能保持正常，这表明入核的Ci蛋白活性受到了某种形式的限制。通过遗传筛选，研究者们识别出一个名为Taiman (Tai)的转录因子，它能够显著抑制Ci目标基因的表达，并且能够修复因Hh信号过度激活而导致的翅脉异常现象。虽然Tai通常被认为是昆虫蜕皮激素和保幼激素信号通路中的重要成员，但它对Hh信号通路的抑制作用并非通过这些传统途径实现。进一步的实验表明，Tai能够特异性地干扰Hh信号的传递过程，而不影响Hh蛋白本身的分泌。遗传互补实验证明，Tai可以直接抑制Ci的转录活性。生化实验数据揭示，Tai与Ci之间存在直接的物理结合，特别是结合在Ci的DNA结合域(DBD)，这种结合降低了Ci与DNA的结合能力，进而抑制了目标基因的转录活动。此外，通过转录组分析发现，Tai对Ci的抑制作用具有广泛的适用性，几乎对所有由Ci上调的基因都有效果。当Hh信号被激活时，Tai与Ci之间的结合力明显减弱，从而使Ci能够自由地与DNA结合并启动基因表达。这项研究不仅深化了我们对Hh信号通路如何维持自身稳定状态及调控翅脉发育的理解，同时也揭示了Hh信号不仅仅是影响Ci蛋白的位置和稳定性，还能调节Ci与DNA之间的结合强度。生科院博士研究生于璇为本论文的第一作者，周紫章教授为通讯作者，该论文得到了生科院刘庆信教授的大力支持。该工作受国家自然科学基金优青项目、面上项目和科技部重点研发计划的资助。![]()
