研究揭示蚂蚁品级分化中长链非编码RNA的调控层作用

科研动态2天前更新 5b856e987e27519c

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文章导读

同一基因组的蚂蚁为何会走向蚁后与工蚁两种截然不同的命运？研究团队通过法老蚁和切叶蚁发育转录组及功能实验发现，lncRNA差异随品级建立逐步扩大，并呈现“发育渠化”：法老蚁有823个品级渠化lncRNA，分别关联繁殖、飞行和大脑组织；敲低ASfln或lncov还会损害翅胸发育及卵子形成。更关键的是，保幼激素影响168个lncRNA上调、149个下调，揭示这一调控层如何嵌入品级分化网络？

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长链非编码RNA（lncRNA）广泛参与基因表达调控。解析lncRNA在完整基因调控网络中的整体作用规律，是发育生物学的重要基础问题。蚂蚁的品级分化体系，即相同遗传背景的个体可沿不同发育轨迹，形成形态、生理和行为高度分化的蚁后和工蚁。这一体系为探究相同基因组个体如何走向不同发育命运提供了理想模型。

近日，中国科学院昆明动物研究所等研究团队通过两种蚂蚁完整发育轨迹的转录组分析，结合功能实验，系统考察了lncRNA表达随品级命运建立的变化规律，及其在整个发育调控网络中的角色。

研究团队构建了法老蚁和切叶蚁不同发育阶段的lncRNA图谱。lncRNA序列的表达变化与发育时期及品级分化密切关联。随着发育推进，蚁后和工蚁之间的lncRNA表达差异逐渐扩大，而同一品级内部的差异则不断缩小，呈现出明显的“发育渠化”特征。

进一步分析发现，法老蚁中共有823个lncRNA呈品级渠化表达。其中，偏向蚁后表达的lncRNA主要富集于卵巢和胸部等繁殖与飞行相关组织，而偏向工蚁表达的则多富集于大脑。这一空间分布与蚁后、工蚁各自的社会功能高度吻合，也与已知品级相关蛋白编码基因的组织特异性一致。

为验证这些渠化lncRNA是否真正参与品级性状形成，研究团队选取两个候选lncRNA进行功能验证。其中，ASfln位于飞行肌发育基因flightin的反义链，表达模式相似。RNAi敲低ASfln后，繁殖蚁的翅和胸部发育异常，flightin的表达亦显著下降，提示两者间可能存在顺式调控关系。另一个主要在卵巢表达的lncov，受抑制后导致繁殖蚁成熟卵子数量和体积均下降。这些结果表明，部分渠化表达的lncRNA不仅反映发育状态，更能直接参与品级特异性性状的构建。

研究进一步将lncRNA与保幼激素（JH）这一调控品级分化的关键内分泌信号联系起来。幼虫期给予工蚁JH处理后，其整体lncRNA表达谱逐渐向自然繁殖蚁状态偏移。研究共鉴定到168个受JH上调的lncRNA和149个受JH抑制的lncRNA，其变化方向和组织特异性与蛋白编码基因高度一致。这说明lncRNA并非独立于经典调控网络之外的附属系统，而是被整合进由激素、转录因子和蛋白编码基因共同构成的品级发育网络中。