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来自中国的研究团队通过家蚕(Bombyx mori)的遗传图谱和全基因组关联分析(GWAS),发现核心时钟基因CYCLE(CYC)的特定异构体(CYC-C)通过1-bp缺失突变调控滞育表型变异。该研究首次揭示昆虫生物钟蛋白异构体功能分化在季节性适应中的关键作用,为理解气候变化下昆虫适应性进化提供了新范式。
这项突破性研究揭示了昆虫应对季节性环境变化的分子奥秘。作为昼夜节律核心调控因子,CYCLE基因(CYC)在蛾类中展现出令人惊异的功能多态性——其特定异构体CYC-C竟能独立调控滞育(diapause)这一关键生存策略。
研究团队以家蚕(Bombyx mori)为模型,通过经典的遗传杂交与255个品系的全基因组关联分析(GWAS),将滞育表型变异的决定性位点锁定在Z染色体上CYC基因的5'区域。令人振奋的是,热带地区无滞育特性的多化性品系中,存在一个独特的1碱基缺失突变,该突变精准破坏了CYC-C异构体的编码框架,却完整保留了其他异构体(CYC-A/B)的功能。
多维实验证据表明:CYC-C如同精准的分子开关,通过调控与滞育相关的功能模块启动发育停滞程序;而CYC-A/B则忠实履行着生物钟核心组件的本职。这种"一专多能"的基因表达策略,在玉米螟(Ostrinia furnacalis)等鳞翅目昆虫中保守存在了1.1亿年,展现出惊人的进化稳定性。
该发现构建了全新理论模型:核心时钟基因通过选择性剪接产生功能分化的异构体,既能维持基本生理节律的稳定性,又能快速响应自然选择产生适应性变异。这一机制完美解释了为何家蚕在热带驯化过程中能迅速丢失滞育能力而不影响正常发育节律。研究为预测昆虫应对气候变化的进化轨迹提供了分子靶点,也为理解生物钟基因在季节性适应中的普适性作用开辟了新视角。
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