昆蟲是除鳥類以外，唯一擁有翅的動物。翅的出現，賦予了昆蟲快速飛行的能力，使其能迅速占領地球各個地方，適應不同環境，加速了昆蟲進化，是昆蟲物種多樣性的重要驅動力。此外，翅也是昆蟲分類的主要依據之一。翅增加了農林害蟲防治的難度。因此，探究昆蟲翅發育的分子機制，對于昆蟲分類、進化、物種多樣性、生物防治，都具有重要意義。大部分昆蟲經幼蟲變態發育至成蟲，幼蟲階段翅原基分化已經開始。昆蟲翅由翅脈和翅膜構成，翅脈為翅提供了支架，決定了翅形狀和強度。翅脈的特化涉及到細胞分裂、分化、凋亡等眾多生物學事件。Hedgehog (Hh)信號通路在翅脈分化過程中，發揮關鍵作用，其活性失調導致翅脈紊亂。

Hh信號通路主要通過調節轉錄因子Ci的出核/入核和穩定性，調控下游靶基因表達。當Hh信號失活時，Ci被錨定在細胞質的微管上，并被PKA、CK1、GSK3等蛋白激酶磷酸化，進而被泛素連接酶Slimb-Cul1泛素化降解。當Hh信號激活時，Ci蛋白則轉移至細胞核，與轉錄輔助因子CBP結合，激活靶基因表達。但是，進入細胞核Ci的活性如何調節，并不清楚。2024年11月12日，PNAS在線發表了山東農業大學生科院周紫章團隊完成的研究論文“Tai/NCOA2 suppresses the Hedgehog pathway by directly targeting the transcription factor Ci/GLI”。該論文發現，輕微激活Hh通路（過表達膜受體Smo），并不能顯著上調靶基因表達，且翅脈正常，暗示入核的Ci活性受到限制。經過遺傳篩選，作者鑒定到轉錄因子Taiman (Tai)顯著抑制Ci靶基因表達，并挽救Hh激活導致的翅脈紊亂。Tai作為昆蟲蛻皮激素和保幼激素通路的重要轉錄因子，但其對Hh通路的調控并不通過經典的激素通路。通過體細胞克隆技術，作者發現Tai僅抑制Hh信號的轉導，并不影響Hh蛋白的分泌。遺傳學互補實驗結果顯示，Tai直接抑制Ci轉錄活性。大量生化實驗結果表明，Tai與Ci存在直接相互結合，并且結合在Ci的DNA結合結構域（DBD）。Tai結合在Ci-DBD，降低了Ci與DNA的親和力，抑制靶基因的轉錄。作者還借助轉錄組測序，發現Tai對Ci的抑制效應具有廣譜性，對大部分Ci上調的基因均呈現抑制作用。

圖1. 過表達/敲降Tai均導致翅脈紊亂

當Hh信號激活時，Tai與Ci的親和力顯著降低，進而Ci與DNA結合，激活基因表達。本研究揭示了Hh不僅調控Ci蛋白定位和穩定性，還影響Ci與DNA的親和力，加強了對Hh通路穩態維持和翅脈發育的認識。生科院博士研究生于璇為本論文的第一作者，周紫章教授為通訊作者，該論文得到了生科院劉慶信教授的大力支持。該工作受國家自然科學基金優青項目、面上項目和科技部重點研發計劃的資助。

圖2. Tai調控Hh通路的模式圖

論文鏈接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2409380121

編      輯：萬    千 

審      核：賈    波