Doublesex基因在家蚕性别调控通路中的作用机制研究

Sex determination and regulation are key issues in insect genetic control. Its mechanism shows high diversity in different insect species. The silkworm, Bombyx mori, is the lepidopteran model insect, which is not only an economically important insect, but also represents 80% pest species in Agriculture and Forestry. However, its sex determination and regulation is still in mystery in B. mori. Recent progress revealed that doublesex (dsx), which is the conserved downstream gene in the insect sex determination pathway, has important roles in insect sex determination and regulation. In the current study, we plan to exploit the molecular mechanism on how dsx regulate insect sexual dimorphism. Based on our previous study, the first step is screening series of related genes by yeast two-hybrid and RNA-seq analysis in sex-specific dsx mutants. The second step is establishing Gal4/UAS transgenic system which will ectopically overexpress these genes. At the same time, we will establish CRISPR/Cas9 system to knock out these genes in vivo. The last step is investigating gene expression and subsequent phenotypes in these transgenic/mutant animals. Our work will elucidate how miRNAs regulate dsx thus shed light on future studies on insect sex determination and regulation.

性别决定和调控机理是昆虫遗传控制研究的核心内容，其机理在不同种类的昆虫中呈现高度的多样性。家蚕是鳞翅目代表性模式昆虫，其性别决定和调控机制目前还不清楚，有待进一步研究。研究表明，位于性别决定通路底层的doublesex基因在不同物种中具有高度的保守性。本项目拟从家蚕doublesex控制的雌雄二态性特征的角度出发，在前期研究的基础上，针对dsx基因雌雄特异性的剪接体敲除，通过RNA-Seq和酵母双杂在分子和蛋白水平筛选和鉴定其调控的相关基因，再通过转基因过表达、CRISPR/Cas9基因组编辑技术等系统的研究手段在个体水平深入阐明dsx调控家蚕雌雄二态性的分子机制，从而一方面深入理解dsx在性别决定和调控中的作用机制，另一方面对揭示生物性二态型发育与调控的分子基础有着重要的借鉴意义。

在本基金资助下，我们深入开展了DSX及相关基因在家蚕性别决定中的功能研究，进一步揭示了这些基因在家蚕性别决定中的重要作用。1.揭示了鳞翅目昆虫中dsx的功能，还为理解昆虫性别决定底层最保守的基因提供了实验证据；2.确定了BmPSI在家蚕雄性性别决定和分化中的重要作用，为家蚕性别决定通路相关基因的功能研究提供了遗传学和表型证据，也为深入阐明昆虫的性别决定和调控机制提供了进一步的理论依据；3.揭示了家蚕组蛋白甲基化途径参与了piRNA介导的性别决定，进一步阐明了家蚕性别决定机制；4. 整合了转基因、基因定点敲除和敲入等多种遗传操作手段构建雌性胚胎特异致死系统，也是首次利用基因组编辑工具针对昆虫性染色体实施的基因定点整合，在蚕业生产和鳞翅目害虫防治中都有较高的应用价值; 5.发现了苦味受体基因GR66在家蚕食物选择中起到的决定性作用，解答了“家蚕为什么爱吃桑叶”这样一个长久以来未知的科学问题，也为昆虫食性以及植物与昆虫的相互作用研究提供了新的视角。相关研究成果在美国科学院院报（PNAS）、PLoS Biology，PLoS Genetics（2篇），Insect Biochemistry and Molecular Biology等国际知名期刊上发表SCI论文5篇。