2024年10月14日，江西农业大学动物科技学院蜜蜂研究团队在《nature》子刊《Communications Biology》(中科院SCI生物学一区，Top期刊)上发表研究论文，题目为“Knockout of a single Pax6 gene (toy but not ey) leads to compound eye deficiency and small head in honeybees”。动物科技学院胡小芬副教授为论文第一作者，王子龙研究员和曾志将教授为论文共同通讯作者，博士研究生成付平和龚稚娴参与了该研究。
蜜蜂是自然界的重要授粉昆虫、在维持复杂的生态系统以及全球农作物生产中发挥着至关重要的作用。蜜蜂拥有强大的视觉感知系统，经常被用作研究昆虫视觉、感知和认知的模型。其中，复眼在寻找食物、识别颜色、确定时间和位置，以及归巢等方面发挥着重要作用。
复眼的发育主要由进化上保守的转录因子Pax6控制。在蜜蜂中，有两个Pax6同源体：ey和toy。为了更深入地了解它们的功能，团队使用CRISPR/Cas9技术敲除了这两个Pax6同源体。有趣的是，发现toy敲除突变体的头部较小，没有复眼，并表现出脑萎缩，而ey敲除突变体则发育出正常的复眼，其中大多数在从蛹到成虫的变态之前/期间死亡。通过比较toy敲除突变体与正常对照的四个发育阶段（幼虫、预蛹、蛹和成虫）的头部转录组，发现与DNA结合转录因子、神经元分化和昆虫视觉原基发育相关的基因的表达发生显著变化，从而根据这些差异表达基因获得了以toy基因为核心的复眼发育关键基因调控网络。此外，发现蜜蜂toy基因的互作网络与黑腹果蝇的互作网络明显不同。该研究结果表明，这两个Pax6基因在蜜蜂中具有不同的功能，toy在控制蜜蜂复眼发育方面接管了ey的核心功能。这项研究为了解Pax6基因在蜜蜂复眼和大脑发育中的作用提供了新的视角，并凸显了昆虫间复眼发育调控的差异，为打破那些认为一些保守发育主控基因在控制器官发育中起着“all-or-nothing”的主调控作用的观点增添了新证据。
蜜蜂研究团队经过多年的摸索，建立起了有效的蜜蜂基因编辑技术体系，为进行蜜蜂基因功能研究提供了重要的研究手段，该研究水平在国际上蜜蜂基因编辑领域处于前列。另外团队还在《International Journal of Biological Macromolecules》(中科院SCI一区，Top期刊)、《G3 (Bethesda)》(中科院SCI，三区)等杂志发表多篇蜜蜂基因编辑相关论文。
文章链接：https://www.nature.com/articles/s42003-024-07016-5#Abs1
信息来源：江西农业大学
