华南师范大学生命科学学院任充华研究员和李胜教授团队从分子水平系统揭示了DNA胞嘧啶甲基化（5mC）如何调控德国小蠊的绒毛膜形成和受精过程，拓宽了大家对表观遗传调控昆虫生殖的认识。12月12日，相关成果以article形式在线发表于《自然-通讯》。
德国小蠊。任充华 供图
尽管我们已经了解到DNA甲基化对昆虫的生殖能力有着极大影响，但其具体的分子机制依然成谜。为此，该研究选择了蜚蠊目蟑螂德国小蠊作为研究对象。德国小蠊是最为常见且与人类生活密切相关的卫生害虫之一，以其“不挑食、饿不坏、不怕脏、长得壮、生得多、打不死”的独特生物学特点而被称为“小强”；而且，该物种的DNA 5mC水平在所有已知的昆虫中最高。
研究表明，在敲降DNA Dnmt1基因水平时，德国小蠊卵巢中的5mC水平显著下降，并触发了1868个基因的上调。通过全基因组DNA甲基化测序和转录组测序的联合分析，研究人员发现ftz-f1基因启动子区域的DNA甲基化水平下降，导致其在生殖周期中异常高表达。ftz-f1的异常高表达还引发了胞外基质金属蛋白酶Mmp1的高表达，而过度的Mmp1表达水平可切割细胞间的粘附蛋白，导致细胞发生凋亡。因此，在Dnmt1基因沉默后，蜕皮激素水平的升高和Mmp1的异常表达影响了卵子滤泡细胞的正常发育，导致滤泡细胞凋亡、绒毛膜蛋白合成不足以及海绵体（精子进入卵子通道）结构异常，最终阻碍受精过程并影响子代的孵化。
昆虫作为地球上最多样化的动物类群之一，其高繁殖能力在生态系统中发挥着关键作用。然而，迄今为止，我们对5mC修饰在昆虫生殖中的作用机理知之甚少。
该研究证明了昆虫中基因启动子区域的DNA甲基化与基因的转录水平呈负相关性，并首次找到了串联DNA 5mC修饰和卵子发育的关键“开关”基因ftz-f1，为昆虫繁殖生物学研究提供了新的见解，也为害虫防治提供了新的思路和分子靶标。
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-023-43987-5
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