研究發現生物鐘基因“不報時”直接調控昆蟲冬眠

許多昆蟲在冬季會進入一種休眠狀態——滯育，以應對低溫和資源短缺等環境挑戰。光照長短的變化（即光周期）作為最穩定的季節性信號，是調控滯育的主要環境因子。

長期以來，科學界普遍認為生物鐘系統通過“計時”功能幫助昆蟲感知光周期，從而決定是否進入滯育。華中農業大學植物科學技術學院教授王小平、加拿大阿爾伯塔大學助理研究員劉文、湖南農業大學植物保護學院青年教師高俏等研究者合作，研究發現昆蟲核心生物鐘基因Clock(Clk)和cycle(cyc)實際上并不是通過晝夜節律的“計時”來發揮作用，而是以一種非典型方式直接作用于外周內分泌器官，調控昆蟲體內激素水平，從而控制是否進入滯育。

研究團隊以重要的天敵昆蟲異色瓢蟲為研究對象。該昆蟲在短日照和低溫條件下會進入生殖滯育狀態，具有典型的冬季滯育特性。通過基因敲降實驗，研究人員發現只有Clk和cyc兩個生物鐘正向調控基因會顯著影響滯育進入，而傳統的生物鐘負調控因子如per、tim等并不參與其中。此外，Clk和cyc的表達水平受光周期調控，但并不表現出明顯的節律性震蕩。研究證實Clk和cyc通過影響JH合成來調控異色瓢蟲滯育發生。

高俏介紹，除了生物鐘基因，研究發現一個名為DMAP1的表觀遺傳因子是調控昆蟲冬眠的關鍵。它并非通過DNA甲基化，而是通過與NuA4/TIP60蛋白復合體協作來發揮作用。

研究進一步發現，生物鐘蛋白（CLK-CYC）能直接與DMAP1、TIP60等組成一個“工作團隊”。這個團隊專門在合成保幼激素的“工廠”——咽側體中工作。實驗證實，在該“工廠”中破壞這個團隊的功能，就會導致保幼激素停產，從而觸發“冬眠”。這表明，生物鐘基因與表觀遺傳因子組成一個直接調控激素的復合體，這套機制在多種昆蟲中都存在，是一個保守且核心的調控開關。

據介紹，該研究揭示了生物鐘基因通過一種非傳統機制，調控昆蟲應對寒冷冬季的“滯育”過程，為理解昆蟲季節性適應機制提供了新視角，在昆蟲資源的開發與管理中具有潛在應用價值。

研究成果最近在線發表于美國《國家科學院院刊》（PNAS）上，高俏和華中農業大學已畢業碩士生代一斐為論文共同第一作者，王小平、劉文為論文共同通訊作者。研究得到國家自然科學基金、湖北省自然科學基金以及加拿大自然科學與工程研究委員會等的資助。

相關論文信息：www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2510550122