华南师范大学 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。（来源：中国科学报 朱汉斌）

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-023-43987-5