转录因子U-shaped和Lozenge对家蚕血细胞发生与免疫调控机理研究

In order to cope with issues such as poor stress resistance, low immunity, and weak resistance of silkworms and target at illustrating function, molecular mechanism and other basic scientific issues of key regulatory factors of silkworm hemocytes in proliferation and differentiation and immunity. We propose to 1) identificate hemocytes-specific promoters; 2) establish hemocyte-targeted gene editing system; 3) identificate the interactions of U-shaped and Lozenge, and their regulation roles in hemocytes proliferation and differentiation; 4) elucidate the regulation of U-shaped and GATA-6 compounds on programmed death of cells and analysizing of their downstream target genes. Technologies such as RNAi and CRISPR/Cas9 gene editing as well as transgenic technology are adopted for innovative study of this project to put forward elaborated regulation theory of proliferation, differentiation and immunoreaction of silkworm hemocytes. This project can focuses on proliferation, and differentiation and immunoregulation network of silkworm hemocytes, improvement and enhancement in autoimmune defense of silkworms. These discoveries provide theory support for agriculture disease control and hold potential in further development into significant technical guidance in sericulture and silk industry in China.

本项目针对家蚕存在抗逆性差，对病害的免疫低和抵抗力弱的问题，以阐明家蚕关键转录调控因子在血细胞增殖分化和家蚕先天性免疫反应中的作用及分子机理等基本科学问题为目标，拟开展家蚕血细胞特异性启动子鉴定，构建血细胞特异性基因编辑体系，鉴定U-shaped和Lozenge相互作用，阐述其在血细胞增殖分化和免疫防御反应中的调控作用和分子机制，解析U-shaped和GATA-6复合体在细胞程序性死亡中的调控作用及其下游靶基因。通过RNAi、CRISPR/Cas9基因编辑和转基因等技术，进行家蚕血细胞关键调控因子的创新研究，提出家蚕血细胞增殖分化和免疫反应的调控理论。通过本项目的研究，能达到丰富家蚕血细胞增殖分化和免疫调节网络，改善和增强家蚕自身免疫防御能力，加速抗性品系培育的目的，同时也可以为农林病害防治提供理论支撑，对我国的蚕桑丝绸等农业领域的发展具有重大意义。

昆虫整个体腔均浸泡在循环血系统中，血淋巴不仅是滋养、代谢的中心场所，也是清除组织和细胞碎片、抗击外源物入侵的主要发生地之一。家蚕作为一种经典的鳞翅目昆虫和重要的经济昆虫，是研究昆虫造血及血细胞功能的良好模型。本项目针对家蚕存在抗逆性差，对病害的免疫低和抵抗力弱的问题，以阐明家蚕关键转录调控因子在血细胞增殖分化和家蚕先天性免疫反应中的作用及分子机理等基本科学问题为目标，开展了家蚕血细胞特异性启动子鉴定，构建血细胞特异性基因编辑体系；阐明重要免疫因子如整合素和清道夫受体等在血细胞介导的免疫应答中的功能；鉴定U-shaped和Lozenge相互作用，阐述其在血细胞增殖分化和免疫防御反应中的调控作用和分子机制；解析U-shaped和GATA-6复合体在细胞程序性死亡中的调控作用及其下游靶基因。本项目通过三年的实施，鉴定获得一系列血细胞特异性分子标记和启动子，成功构建血细胞特异性基因编辑体系；对U-shaped、Lozenge和GATA-6等重要造血调控影因子及其下游靶基因开展功能研究，初步绘制了血细胞增殖分化及其免疫反应的调控网络：U-shaped通过与Lozenge互作，协同调控血细胞的增殖分化与免疫应答；GATA-6通过与PARP结合调控后者活性，进而诱导血细胞凋亡，而U-shaped则通过竞争性结合抑制GATA-6-PARP复合体的形成，进而抑制GATA-6诱发的细胞凋亡。同时发现多个与家蚕先天性免疫反应密切相关的重要病原模式识别受体，如整合素和清道夫受体，揭示了其在先天性免疫反应，特别是黑化反应中的重要作用。本项目的研究成果不仅丰富了家蚕血细胞增殖分化和免疫调节网络，为改善和增强家蚕自身免疫防御能力，抗性品系培育等工作提供了理论参考，同时也可以为农林病害防治提供一定的理论支撑。