2024 年4月8日，生物学领域国际著名期刊《eLife》在线发表了资源昆虫高效养殖与利用全国重点实验室代方银教授团队的最新科研成果“The BTB-ZF gene Bm-mamo regulates pigmentation in silkworm caterpillars”。该项研究揭示了一个锌指蛋白基因调控家蚕幼虫体色模式的功能及机制。

颜色模式是最为常见的生物性状，在躲避天敌、求偶、免疫、调节体温等多方面具有重要作用。同时，颜色在生物群体中具有各种变异，是遗传和生物进化研究的重要模型。代方银课题组基于长期的家蚕突变资源和遗传学研究积淀，利用定位克隆研究手段，鉴定了家蚕体色突变体淡墨（black dilute）的负责基因Bm-mamo，其与黑腹果蝇的减数分裂所需母性基因（maternal gene required for meiosis, mamo）直系同源。mamo编码BTB锌指蛋白（BTB-ZF），该蛋白家族成员常常作为转录抑制因子调控其他基因的转录水平，在细胞分化、淋巴细胞生成、免疫、生殖、神经系统发育等方面有重要作用。在黑腹果蝇中缺乏mamo会导致雌性果蝇的减数分裂染色体异常。

家蚕淡墨突变体表型

在这项研究中，通过利用1162个回交一代（BC₁M）个体进行精细定位，将淡墨突变座位锁定在约390 kb的基因组范围，其中有5个预测基因；通过基因表达差异分析、序列分析，确定了预测基因BGIBMGA012517和BGIBMGA012518，并发现这两个预测基因其实为一个基因。利用基因干涉（RNAi）和CRISPR/Cas9介导的基因敲除，确定了Bm-mamo的功能缺失导致家蚕幼虫表皮黑色素沉着，呈现与淡墨突变体一样的表型。

家蚕Bm-mamo基因的敲除实验

通过转录组分析和qPCR分析发现，在家蚕mamo敲除系中，黑色素合成通路的基因yellow、DDC和tan显著上调表达。这三个基因均是促进黑色素合成的重要基因。另外，发现一群表皮蛋白基因也显著上调表达。表皮蛋白是昆虫表皮的主要组分，前期有关研究发现，一些表皮蛋白与昆虫幼虫表皮着色及其模式密切相关，然而其如何被定位在昆虫表皮的具体区域并不清楚。本研究中，根据转录因子结合位点的分析发现，在Bm-mamo敲除系和正常型中差异表达的表皮蛋白基因和色素合成基因的调控区域存在Bm-mamo蛋白的结合位点，并利用EMSA技术在体外证实了Bm-mamo蛋白能够直接与yellow基因上游70bp处序列结合。这说明，Bm-mamo蛋白可能通过直接结合的方式调控这些基因的表达。

本研究结果表明，Bm-mamo基因通过调控黑色素合成基因以及表皮蛋白基因的表达，从色素合成与表皮构建两个方面综合影响家蚕幼虫的表皮着色。

黑色素代谢路径基因表达水平检测

差异表达的表皮蛋白基因

西南大学资源昆虫高效养殖与利用全国重点实验室为论文第一署名单位，青年教师吴松原博士为该论文第一作者，代方银教授为论文通讯作者。本研究得到国家自然科学基金、重庆市自然科学基金及西南大学人才基金等项目的资助。

原文链接：https://elifesciences.org/articles/90795

（供稿：吴松原   审核：代方银）