地球上的昆虫预计有1000多万种，目前已命名的昆虫有100多万种，对人类的生产和生态环境具有重要作用。昆虫是除鸟类以外，唯一拥有翅的动物，翅的出现赋予昆虫飞行能力，使昆虫能飞行至地球各个角落，适应不同环境，加速昆虫进化和新物种形成。面对复杂内外环境，昆虫翅发育却始终能够维持在稳定状态，背后的机制是什么？近日，科学家发现昆虫翅脉发育调控新机制，找到了维持翅稳态的“开关”。
文章截图
团队合照
记者了解到，山东农大刘庆信教授与周紫章教授团队在国际知名学术期刊《美国国家科学院院刊》（PNAS）上发表科研成果，揭示了转录因子Taiman (Tai)对抑制Ci靶基因表达及挽救Hedgehog（Hh）信号通路失调导致的翅脉紊乱的关键作用，为Hh通路稳态维持和翅脉发育提供了新认识。
刘庆信教授
周紫章教授
昆虫翅由翅脉和翅膜构成，翅脉是翅的“骨架”，决定了翅的形状和强度，是飞行能力的重要保证。在翅脉分化过程中，Hh信号通路起着关键作用，其活性失调会导致翅脉紊乱。长期研究发现，Hh信号通路主要通过调节转录因子Ci的出核、入核和稳定性，调控下游靶基因表达。但是，Ci进入细胞核后如何调节活性，影响下游靶基因表达的机制却始终不清楚。
该论文通讯作者周紫章告诉记者，团队致力于昆虫翅发育分子机制研究，系统性分析了转录因子在翅发育中的作用。经过遗传筛选，发现转录因子Taiman (Tai)与Ci存在相互作用，过表达或敲降Tai时均会导致翅脉紊乱。在此之前，Tai一直被认为是昆虫蜕皮激素和保幼激素通路的重要转录因子，此研究改变了对Tai功能的常规认识，为调控翅发育研究提供了更多思路。
过表达/敲降Tai均导致翅脉紊乱
研究结果发现，常态下，Tai与Ci存在直接相互结合，并且结合在Ci的DNA结合结构域（DBD），降低了Ci与DNA的亲和力，进而抑制靶基因的转录。而当Hh信号激活时，Tai与Ci的亲和力显著降低，促进Ci与DNA进行结合，从而激活下游靶基因表达。
Tai调控Hh通路的模式图
博士生于璇
该论文第一作者于璇向记者介绍，团队借助转录组测序，进一步证实Tai对Ci的抑制效应具有广谱性，对大部分Ci上调的基因均呈现抑制作用。利用这一特性，团队在Hh信号激活条件下，将Tai作用于紊乱的果蝇翅脉，发现明显变好，证实Tai确实可以挽救因Hh过度激活导致的翅脉紊乱。这一发现对进一步了解昆虫进化和物种多样性、农林害虫防治等方面具有重要意义。
山东农业大学生科学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，该论文得到了生科学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。
据了解，《美国科学院院报》（PNAS）是与Nature、Science、Cell齐名，被引用次数最多的综合学科文献之一，是美国国家科学院（NAS）的官方期刊，广泛涉及生物、物理和社会科学，是高影响力原创性研究的权威来源。自1914年创刊至今，PNAS提供具有高水平的前沿研究报告、学术评论、学科回顾及前瞻、学术论文以及美国国家科学学会学术动态的报道和出版。
论文链接：
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2409380121
