BmZFP67基因在家蚕丝腺细胞有丝分裂-核内有丝分裂转换过程中的功能研究

Endomitosis provides abundant genetic materials for the normal growth and development of living organisms. The mechanism of endomitosis has always been the focus and difficulty of research, especially the transformation mechanism of cells from mitosis to endomitosis. The silkworm as a secretory economic insect, its silk gland cells undergo two processes: mitosis in the early stages of the embryo and the subsequent endomitosis, providing an ideal material for the study of the mitosis-endomitosis transformation mechanism. Through the analysis of the transcriptional data, a key gene BmZFP67 in mitosis-endomitosis transformation of the silk gland cells was identified. First, we intend to analyze the expression and function of BmZFP67 in DNA replication and silk gland development by using BrdU markers and gene editing techniques. Then, we identify the target gene of BmZFP67 by ChIP-seq and other techniques, and analyze its function. Finally, we use immunoprecipitation techniques to identify BmZFP67 interacting proteins and initially construct its regulatory network. Through this project research, the silk gland cell mitosis-endomitosis transformation mechanism will be further clarified, and the theory of cell cycle regulation will be enriched, but also some theoretical basis will be provided for the silk gland bioreactor transformation.

核内有丝分裂为生命体维持正常的生长发育提供了丰富的遗传物质基础，其发生机制一直是研究的重点和难点，尤其是组织细胞由有丝分裂向核内有丝分裂的转换机制尚不明确。家蚕作为泌丝经济昆虫，其丝腺细胞经历胚胎早期的有丝分裂和随后的核内有丝分裂两个过程，为研究有丝分裂-核内有丝分裂转换机制提供了理想材料。项目前期通过转录组数据分析，获得一个丝腺细胞有丝分裂-核内有丝分裂转换过程中的关键基因BmZFP67。本项目拟通过BrdU标记、基因编辑等技术分析BmZFP67在DNA复制及丝腺发育过程中的表达特征及功能；通过ChIP-seq等技术鉴定BmZFP67的靶基因并分析其功能；利用免疫共沉淀等技术鉴定BmZFP67相互作用蛋白，并初步构建其调控网络。通过本项目的研究，可进一步阐释丝腺细胞有丝分裂-核内有丝分裂转换机制，丰富和完善细胞周期调控理论，同时也可为家蚕丝腺作为生物反应器的改造提供理论依据。

家蚕作为重要的泌丝经济昆虫，其丝腺细胞会经历有丝分裂和核内有丝分裂两个过程，是研究有丝分裂-核内有丝分裂转换机制的理想材料。本项目围绕“丝腺细胞有丝分裂-核内有丝分裂转换机制”这一重要科学问题进行研究，取得了突破性研究成果及进展。主要包括：通过转录组测序分析家蚕丝腺组织有丝分裂-核内有丝分裂转换差异表达基因，筛选获得了一个参与家蚕丝腺细胞有丝分裂-核内有丝分裂转换过程的关键基因BmZFP67。证明了BmZFP67基因过表达会抑制细胞增殖，导致S期细胞比例降低，G2/M期细胞比例升高，敲除BmZFP67会导致cyclin B、CDK1的转录水平显著性下调，S期细胞比例升高，G2/M期细胞比例降低，造成细胞分裂异常；在丝腺组织中过表达BmZFP67会造成丝腺组织细胞有丝分裂-核内有丝分裂转换期的推迟，且会显著性降低丝腺组织细胞核内有丝分裂效率，降低其丝蛋白合成能力。对BmZFP67基因的调控机制研究结果表明，其对M 期细胞周期蛋白基因Bmcyclin B具有正向调控作用，转录调控位点为sna位点；鉴定了其互作蛋白Bm14-3-3ζ和Aurora-B kinase，它们与BmZFP67蛋白结合都会促进BmZFP67转录调控功能的发挥，并促进其调控下游基因Bmcyclin B的表达。此外，还鉴定并分析了BmZFP67相互作用蛋白Bm14-3-3ζ和BmCdc25的功能。同时，本项目获得的BmZFP67、BmE2F4、BmCDK5等关键基因也为家蚕丝腺改良及分子育种提供了理想的分子靶标。通过本项目的实施，丰富和完善了细胞周期调控理论，进一步阐释了有丝分裂-核内有丝分裂转换机制，同时也为探究家蚕丝腺核内有丝分裂效率及蚕丝产量的提高提供理论依据，具有十分重要的理论和应用价值。