近日，我校動物科技學院蜜蜂研究團隊在《nature》子刊《Communications Biology》(中科院SCI生物學一區(qū)，Top期刊)上發(fā)表研究論文，題目為“Knockout of a single Pax6 gene (toy but not ey) leads to compound eye deficiency and small head in honeybees”。動物科技學院胡小芬副教授為論文第一作者，王子龍研究員和曾志將教授為論文共同通訊作者，博士研究生成付平和龔稚嫻參與了該研究。
蜜蜂是自然界的重要授粉昆蟲、在維持復雜的生態(tài)系統(tǒng)以及全球農(nóng)作物生產(chǎn)中發(fā)揮著至關重要的作用。蜜蜂擁有強大的視覺感知系統(tǒng)，經(jīng)常被用作研究昆蟲視覺、感知和認知的模型。其中，復眼在尋找食物、識別顏色、確定時間和位置，以及歸巢等方面發(fā)揮著重要作用。
復眼的發(fā)育主要由進化上保守的轉(zhuǎn)錄因子Pax6控制。在蜜蜂中，有兩個Pax6同源體：ey和toy。為了更深入地了解它們的功能，團隊使用CRISPR/Cas9技術敲除了這兩個Pax6同源體。有趣的是，發(fā)現(xiàn)toy敲除突變體的頭部較小，沒有復眼，并表現(xiàn)出腦萎縮，而ey敲除突變體則發(fā)育出正常的復眼，其中大多數(shù)在從蛹到成蟲的變態(tài)之前/期間死亡。通過比較toy敲除突變體與正常對照的四個發(fā)育階段（幼蟲、預蛹、蛹和成蟲）的頭部轉(zhuǎn)錄組，發(fā)現(xiàn)與DNA結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子、神經(jīng)元分化和昆蟲視覺原基發(fā)育相關的基因的表達發(fā)生顯著變化，從而根據(jù)這些差異表達基因獲得了以toy基因為核心的復眼發(fā)育關鍵基因調(diào)控網(wǎng)絡。此外，發(fā)現(xiàn)蜜蜂toy基因的互作網(wǎng)絡與黑腹果蠅的互作網(wǎng)絡明顯不同。該研究結(jié)果表明，這兩個Pax6基因在蜜蜂中具有不同的功能，toy在控制蜜蜂復眼發(fā)育方面接管了ey的核心功能。這項研究為了解Pax6基因在蜜蜂復眼和大腦發(fā)育中的作用提供了新的視角，并凸顯了昆蟲間復眼發(fā)育調(diào)控的差異，為打破那些認為一些保守發(fā)育主控基因在控制器官發(fā)育中起著“all-or-nothing”的主調(diào)控作用的觀點增添了新證據(jù)。
蜜蜂研究團隊經(jīng)過多年的摸索，建立起了有效的蜜蜂基因編輯技術體系，為進行蜜蜂基因功能研究提供了重要的研究手段，該研究水平在國際上蜜蜂基因編輯領域處于前列。另外團隊還在《International Journal of Biological Macromolecules》(中科院SCI一區(qū)，Top期刊)、《G3 (Bethesda)》(中科院SCI，三區(qū))等雜志發(fā)表多篇蜜蜂基因編輯相關論文。
論文鏈接： https://www.nature.com/articles/s42003-024-07016-5?utm_source=rct_congratemailt&utm_medium=email&utm_campaign=oa_20241014&utm_content=10.1038/s42003-024-07016-5
