稻飞虱性别决定分子机理研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31871954
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C1402.农业昆虫学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Sex determination is one of the fundamental problems in biology. Revealing the sex determination molecular mechanisms for important insect pests is not only very valuable for basic biology, but also very important for insect pest control both in theory and practice. Sex determination cascade in several known holometabolous insects but silkworm is: sexual instruction signal→ female switch gene Transformer(tra)/ Fem→doublesex (dsx) →executive genes. In the cascade, tra and dsx are two conserved genes. However, up to date, no gene homologous to tra/fem are found in any hemimetabolous insect genomes, and no sexual instruction signal is revealed in hemimetabolous insects. In our pilot studies, we confirmed a dsx in the brown planthopper, and more importantly, we luckily found a gene we tentatively named Pfm which could regulate the sex-specific alternative transcription of dsx, maternal RNAi of Pfm resulted all offspring becoming male or pseudomale. Based on these finding, we will further conduct studies on cascade relationship among Pfm and other sex determination genes, so as to reveal if the planthoppers also possess a tra→dsx -like sex determination cascade as that in holometabolous insects, and to understand the specificity and conservation in the sex determination of hemimetabolous insects. We will also compare the differences and similarities in the sex determination mechanisms in three rice planthoppers, the brown planthopper, white backed planthopper and small brown planthopper, which differ in chromosome numbers. Finally, we will edit the genome of the brown planthopper using CRISPR/Cas9+Gene-drive technology to explore a way for using sex determination genes in rice planthopper control.
性别决定是生物学基本问题,研究重要害虫性别决定机理,不仅具重要理论意义,对害虫防治也具重要实际价值。已知全变态昆虫性别决定基本级联为:初始因子→性别开关基因Tra→双性基因dsx→执行基因,其中tra和dsx是保守的。但至今不完全变态昆虫基因组中还未发现tra的同源基因,初始因子更是不清。我们在前期研究中,确定了褐飞虱dsx,特别是幸运地筛到了能调控dsx转录本性别特异性剪切的1个上游因子(暂名为Pfm),对该基因进行母体RNAi可使后代全为雄/假雄性。本研究拟在此基础上,深入研究Pfm和其它性别基因的级联关系,以明确稻飞虱性别决定是否存在类似于全变态昆虫的tra→dsx保守级联,以揭示不全变态昆虫性别决定级联特性,并比较染色体数量存在差异的褐飞虱、白背飞虱和灰飞虱性别决定异同点。最后通过CRISPR/Cas9+Gene drive探索将性别决定基因应用于稻飞虱遗传防控的途径。

结项摘要

不完全变态昆虫的性别决定至今所知甚少。我们在半翅目昆虫褐飞虱Nilaparvata lugens中鉴定到竟有多达4个的双性基因doublesex(dsx),但只有其中一个较为接近于线虫mab-3的Nldsx具有雌(dsx-F)雄(dsx-M)特异性的可变剪切本和雌雄共有可变剪接本(dsx-c), 并且RNAi干扰表明其是性别发育所必须,而与完全变态昆虫的dsx接近的Nldsx-like1及与哺乳动物Dmrt1接近的Nldsx-like2和Nldsx-like3则与性别发育无关。与完全变态的dsx不同,褐飞虱的Nldsx蛋白含有一个不保守的OD1结构域,而OD2则鉴定不到。对褐飞虱雌虫的Nldsx进行RNAi会导致个体变大,但生殖正常,而若虫期对雄虫Nldsx-M进行RNAi会导致雄成虫雌性化和不育。我们深入研究进一步鉴定到了1个雌性化分子开关female determiner (Nlfmd) ,其编码一个富含丝氨酸和精氨酸的蛋白。在若虫期用RNAi敲低雌虫的Nlfmd会导致雄dsx-M特异性转录本上升和雌虫雄性化表型。 卵中的雌性特异性的Nlfmd转录本Nlfmd-F最先从母体带到子代卵中,在子代合子阶段自己再开始转录。 RNAi和CRISPR-Cas9基因编辑敲除Nlfmd会导致雌性胚胎特异性死亡。敲低 hnRNP40 家族的一个基因(我们命名为female determiner 2,Nlfmd2) 也导致雌虫雄性化。体外实验表明Nlfmd2 的一个转录本NlFMD2-340编码蛋白能与Nldsx pre-mRNA 的重复基序RAAGAA 结合并与 NlFMD-F 互作而形成一个复合体,从而调控Nldsx 可变剪接进而控制性别分化,这表明NlFMD2 可能是作为雌性分子开关NlFMD的配体蛋白与RNA结合。 我们的研究结果揭示了一种新的昆虫性别决定调控机制。

项目成果

期刊论文数量(22)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Three-dimensional reconstruction of pore canals in the cuticle of the brown planthopper
褐飞虱角质层孔道的三维重建
  • DOI:
    10.1007/s11427-020-1857-7
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Science China Life Sciences
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Dan-Ting Li;Jian-Sheng Guo;Xin-Qiu Wang;Bernard Moussian;Chuan-Xi Zhang
  • 通讯作者:
    Chuan-Xi Zhang
A lateral oviduct secreted protein plays a vital role for egg movement through the female reproductive tract in the brown planthopper
侧输卵管分泌的蛋白质对于褐飞虱卵通过雌性生殖道的运动起着至关重要的作用
  • DOI:
    10.1016/j.ibmb.2021.103555
  • 发表时间:
    2021-02-27
  • 期刊:
    INSECT BIOCHEMISTRY AND MOLECULAR BIOLOGY
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Shen, Yan;Lu, Jia-Bao;Zhang, Chuan-Xi
  • 通讯作者:
    Zhang, Chuan-Xi
Pleiotropic Roles of the Orthologue of the Drosophila melanogaster Intersex Gene in the Brown Planthopper.
果蝇双性基因直向同源物在褐飞虱中的多效性作用
  • DOI:
    10.3390/genes12030379
  • 发表时间:
    2021-03-07
  • 期刊:
    Genes
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Zhang HH;Xie YC;Li HJ;Zhuo JC;Zhang CX
  • 通讯作者:
    Zhang CX
DDC plays vital roles in the wing spot formation, egg production, and chorion tanning in the brown planthopper
DDC 在褐飞虱翅斑形成、产卵和绒毛膜鞣制中发挥着至关重要的作用
  • DOI:
    10.1002/arch.21552
  • 发表时间:
    2019-06-01
  • 期刊:
    ARCHIVES OF INSECT BIOCHEMISTRY AND PHYSIOLOGY
  • 影响因子:
    2.2
  • 作者:
    Lu, Jia-Bao;Zhang, Meng-Qiu;Zhang, Chuan-Xi
  • 通讯作者:
    Zhang, Chuan-Xi
Intersex Plays a Role in Microbial Homeostasis in the Brown Planthopper.
双性在褐飞虱的微生物稳态中发挥作用
  • DOI:
    10.3390/biology10090875
  • 发表时间:
    2021-09-06
  • 期刊:
    Biology
  • 影响因子:
    4.2
  • 作者:
    Zhang HH;Li HJ;Ye YX;Zhuo JC;Zhang CX
  • 通讯作者:
    Zhang CX

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  • 通讯作者:
    程家安
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
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    --
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  • 通讯作者:
    张传溪

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
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AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
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          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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