组蛋白H3K27甲基化修饰调控家蚕蜕皮激素合成的分子机制研究
批准号:
32070496
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
程道军
依托单位:
学科分类:
动物生理与行为
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
程道军
中文摘要
蜕皮激素(20E)参与昆虫生长发育调节,其合成调控机制研究具有重要理论意义和应用价值;组蛋白H3第27位赖氨酸三甲基化(H3K27me3)是一种表观遗传修饰,其在动植物基因表达沉默及生长发育中发挥关键作用。本项目前期研究发现,家蚕和果蝇20E合成器官前胸腺中H3K27me3甲基化水平的降低可抑制20E合成酶基因转录及20E合成,并导致幼虫不能向蛹变态发育,但具体作用机制尚不清楚。鉴于此,本项目拟综合应用基因敲除、RNAi、转基因过表达、ChIP-seq、RNA-seq、EMSA等方法,深入分析H3K27me3甲基化修饰在家蚕和果蝇20E合成及生长发育过程中的功能,鉴定前胸腺中H3K27me3甲基化修饰作用的靶基因并解析靶基因对20E合成的调控机制。相关研究结果有助于丰富完善昆虫20E合成及变态发育的表观遗传调控机制,并可为家蚕生长发育性状的定向遗传改造以及农林害虫的生物防治提供新的线索。
英文摘要
The steroid hormone 20-hydroxyecdysone (20E) is involved in the control of insect growth and development and the study on regulatory mechanism underlying 20E biosynthesis has great theoretical significance and potential application. The trimethylation at lysine 27 of histone H3 (H3K27me3) is an epigenetic marker and plays important roles in gene silencing and developmental programming in the animal and plant kingdoms. Our recent investigations in silkworm and fruit fly showed that the reduction of the H3K27me3 levels in 20E-producing organ prothoracic gland repressed both the transcription of the steroidogenic enzyme genes and 20E biosynthesis, and disrupted larval-pupal transition. However, the molecular mechanism of H3K27me3 regulation on 20E biosynthesis remains unclear. Therefore, in this study, by using multiple approaches including knockout, RNAi, transgenic overexpression, ChIP-seq, RNA-seq, and EMSA, we are planning to systematically characterize the effects of H3K27me3 modification on 20E biosynthesis and developmental transition in silkworm and fruit fly, to identify potential targets of H3K27me3 modification in the prothoracic gland, and to decipher the regulatory mechanism of H3K27me3 targets in 20E biosynthesis. The results from this study will not only update the epigenetically regulatory network of both 20E biosynthesis and development in insect, but also provide novel clues for genetic manipulation of silkworm development and biological control of agricultural and forestry pests.
家蚕等昆虫的变态发育主要受两大内分泌激素即保幼激素(JH)和蜕皮激素的协同调控。JH由咽侧体在每个幼虫龄期前期大量合成分泌,负责维持幼虫生长;蜕皮激素由前胸腺(PG)在每个幼虫龄期的末期大量合成分泌,负责启动幼虫蜕皮以及幼虫向蛹的变态发育。组蛋白H3第27位赖氨酸可发生乙酰化(H3K27ac)和甲基化(H3K27me3)两种相互拮抗的修饰,前者使染色质松散而激活基因转录,后者导致染色质浓缩而沉默基因。本项目结合家蚕和果蝇中的研究,重点建立了组蛋白H3K27不同修饰的动态变化调控蜕皮激素合成及变态发育的表观遗传新机制,取得的主要发现如下:(1)解析了H3K27me3修饰对蜕皮激素合成及变态发育的正调控作用:证实家蚕和果蝇幼虫末龄阶段前胸腺中H3K27me3修饰水平逐渐上升,与蜕皮激素滴度变化趋势一致;H3K27me3修饰正调控蜕皮激素合成及幼虫向蛹的变态发育;H3K27me3直接靶向JH信号转导基因Hairy并抑制其转录,进而促进蜕皮激素合成及变态发育;JH抑制H3K27me3修饰酶PRC2的亚基Su(z)12的表达并削弱H3K27me3修饰的水平。(2)揭示了Schlank通过介导H3K27ac-H3K27me3转变来促进蜕皮激素合成及变态发育的分子网络:证实家蚕和果蝇幼虫末龄后期前胸腺中Hairy基因上发生H3K27ac修饰向H3K27me3修饰的转变,干扰H3K27ac-H3K27me3转变使Hairy转录上调并抑制蜕皮激素合成及变态发育;转录因子Schlank直接结合Hairy基因的启动子,并通过蛋白互作将H3K27的去乙酰化酶Rpd3以及甲基化酶PRC2的核心亚基Su(z)12招募到Hairy基因启动子区,从而实现Hairy基因上的H3K27ac-H3K27me3转变,进而促进蜕皮激素合成及变态发育;JH抑制前胸腺中Schlank介导的H3K27ac-H3K27me3转变。(3)阐释了组蛋白H3K4me3修饰对昆虫脂质合成与转运的调控:发现脂肪体中Wds介导的H3K4me3修饰可以靶向脂质合成基因和与脂质转运相关的Lpp基因,通过上调其表达来促进果蝇脂质合成与转运;转录因子Hsf与Wds互作并介导H3K4me3修饰发生。总体来说,这些发现建立了内分泌激素互作并影响昆虫变态发育的表观遗传调控新机制,为家蚕生长发育性状遗传改良和害虫防治提供了新思路和新靶标。
转录因子Ubx调控家蚕后部丝腺发育的分子机制研究
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批准号:32370555
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项目类别:面上项目
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资助金额:50万元
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批准年份:2023
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负责人:程道军
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依托单位:
Fzr调控家蚕丝腺细胞核内复制的新机制
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批准号:31772679
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项目类别:面上项目
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资助金额:61.0万元
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批准年份:2017
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负责人:程道军
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依托单位:
保幼激素调控家蚕蜕皮激素合成的新机制
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批准号:31572464
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项目类别:面上项目
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资助金额:58.0万元
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批准年份:2015
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负责人:程道军
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依托单位:
家蚕丝腺中BR-C转录因子互作蛋白的鉴定及功能研究
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批准号:31272503
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项目类别:面上项目
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资助金额:80.0万元
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批准年份:2012
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负责人:程道军
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依托单位:
家蚕眠性主基因的定位克隆及分子作用机制研究
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批准号:31172267
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项目类别:面上项目
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资助金额:62.0万元
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批准年份:2011
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负责人:程道军
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依托单位:
家蚕化学受体基因及其在嗅觉味觉调控中的分子机制研究
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批准号:30571407
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项目类别:面上项目
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资助金额:27.0万元
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批准年份:2005
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负责人:程道军
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依托单位:
国内基金
海外基金