DNA甲基化精確調(diào)控蟑螂的卵子成熟過程獲揭示

華南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院任充華研究員和李勝教授團(tuán)隊從分子水平系統(tǒng)揭示了DNA胞嘧啶甲基化（5mC）如何調(diào)控德國小蠊的絨毛膜形成和受精過程，拓寬了大家對表觀遺傳調(diào)控昆蟲生殖的認(rèn)識。12月12日，相關(guān)成果以article形式在線發(fā)表于《自然-通訊》。

盡管我們已經(jīng)了解到DNA甲基化對昆蟲的生殖能力有著極大影響，但其具體的分子機(jī)制依然成謎。為此，該研究選擇了蜚蠊目蟑螂德國小蠊作為研究對象。德國小蠊是最為常見且與人類生活密切相關(guān)的衛(wèi)生害蟲之一，以其“不挑食、餓不壞、不怕臟、長得壯、生得多、打不死”的獨(dú)特生物學(xué)特點(diǎn)而被稱為“小強(qiáng)”；而且，該物種的DNA 5mC水平在所有已知的昆蟲中最高。

研究表明，在敲降DNA Dnmt1基因水平時，德國小蠊卵巢中的5mC水平顯著下降，并觸發(fā)了1868個基因的上調(diào)。通過全基因組DNA甲基化測序和轉(zhuǎn)錄組測序的聯(lián)合分析，研究人員發(fā)現(xiàn)ftz-f1基因啟動子區(qū)域的DNA甲基化水平下降，導(dǎo)致其在生殖周期中異常高表達(dá)。ftz-f1的異常高表達(dá)還引發(fā)了胞外基質(zhì)金屬蛋白酶Mmp1的高表達(dá)，而過度的Mmp1表達(dá)水平可切割細(xì)胞間的粘附蛋白，導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生凋亡。因此，在Dnmt1基因沉默后，蛻皮激素水平的升高和Mmp1的異常表達(dá)影響了卵子濾泡細(xì)胞的正常發(fā)育，導(dǎo)致濾泡細(xì)胞凋亡、絨毛膜蛋白合成不足以及海綿體（精子進(jìn)入卵子通道）結(jié)構(gòu)異常，最終阻礙受精過程并影響子代的孵化。

昆蟲作為地球上最多樣化的動物類群之一，其高繁殖能力在生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。然而，迄今為止，我們對5mC修飾在昆蟲生殖中的作用機(jī)理知之甚少。

該研究證明了昆蟲中基因啟動子區(qū)域的DNA甲基化與基因的轉(zhuǎn)錄水平呈負(fù)相關(guān)性，并首次找到了串聯(lián)DNA 5mC修飾和卵子發(fā)育的關(guān)鍵“開關(guān)”基因ftz-f1，為昆蟲繁殖生物學(xué)研究提供了新的見解，也為害蟲防治提供了新的思路和分子靶標(biāo)。