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近日，基因組學(xué)領(lǐng)域國際知名期刊《基因組研究》（Genome Research）在線(xiàn)發(fā)表了由中國農業(yè)大學(xué)杜娟教授團隊完成的題為《亞洲玉米螟滯育期間H3K9me3、H3K27me3和DNA甲基化的全基因組分析》（Genome-wide profiles of H3K9me3, H3K27me3 modifications and DNA methylation during diapause of Asia corn borer (Ostrinia furnacalis)）的研究論文，系統闡釋了表觀(guān)修飾在亞洲玉米螟幼蟲(chóng)滯育中的作用。

亞洲玉米螟作為農作物生產(chǎn)中的重要害蟲(chóng)，了解其生活習性并采取相應的防護措施對于提高糧食產(chǎn)量至關(guān)重要。在中國北方，亞洲玉米螟為應對寒冷等不良環(huán)境時(shí)，5齡末期幼蟲(chóng)會(huì )主動(dòng)進(jìn)入滯育狀態(tài)。盡管有越來(lái)越多的證據表明表觀(guān)遺傳機制在滯育調控中起著(zhù)重要作用，但目前尚不清楚在滯育這一過(guò)程中是否存在動(dòng)態(tài)的全基因組表觀(guān)修飾譜。

該研究在初期探索中發(fā)現，滯育的亞洲玉米螟幼蟲(chóng)頭中H3K9me3和H3K27me3的豐度呈現下降趨勢（圖1A-B）。此外，通過(guò)分別飼喂幼蟲(chóng)修飾H3K9me3和H3K27me3的關(guān)鍵酶抑制劑，研究人員觀(guān)察到亞洲玉米螟幼蟲(chóng)的滯育率發(fā)生變化（圖1C-D）。這些結果暗示著(zhù)表觀(guān)修飾在亞洲玉米螟幼蟲(chóng)滯育過(guò)程中扮演著(zhù)重要的調控角色。隨后，該團隊對未滯育、預滯育和滯育狀態(tài)的亞洲玉米螟幼蟲(chóng)頭部進(jìn)行了多組學(xué)分析，包括CHIP-seq、WGBS和RNA-seq等技術(shù)，以全面研究亞洲玉米螟幼蟲(chóng)滯育與表觀(guān)修飾之間的聯(lián)系。

圖1. 表觀(guān)修飾在亞洲玉米螟幼蟲(chóng)滯育過(guò)程中扮演著(zhù)重要的調控角色

在亞洲玉米螟幼蟲(chóng)滯育過(guò)程中，H3K9me3和H3K27me3呈現出相似的變化趨勢（圖2）。然而，結合抑制劑對亞洲玉米螟幼蟲(chóng)滯育不同的影響，這表明H3K9me3和H3K27me3可能對不同的靶基因區域起調控作用（圖2和圖1C-D）。在基因組層面上H3K9me3和H3K27me3與DNA甲基化都無(wú)直接的聯(lián)系。此外，該研究還基于現有所有物種的滯育基因進(jìn)行了預測，確定了可能存在于亞洲玉米螟中的滯育基因（圖3）。通過(guò)篩選，研究團隊進(jìn)一步發(fā)現了一系列受到表觀(guān)修飾調控的潛在的滯育關(guān)鍵基因。

圖2. H3K9me3和H3K27me3在亞洲玉米螟幼蟲(chóng)滯育過(guò)程中的變化趨勢

圖3. 預測的受H3K9me3和H3K27me3調控并可能參與亞洲玉米螟幼蟲(chóng)滯育的滯育基因

綜上所述，這項研究在該團隊近年來(lái)對亞洲玉米螟幼蟲(chóng)滯育的研究基礎上邁出了重要一步，進(jìn)一步豐富了表觀(guān)修飾在滯育過(guò)程中的作用和認識。通過(guò)結合多組學(xué)分析，揭示了H3K9me3和H3K27me3在滯育過(guò)程中的相互作用及其在不同基因區域的調控機制，為揭示亞洲玉米螟滯育的分子調控網(wǎng)絡(luò )提供了新的視角。這不僅有助于更深入地理解亞洲玉米螟的生物學(xué)特性，還為未來(lái)開(kāi)發(fā)針對該害蟲(chóng)的精準防治策略提供了重要的科學(xué)依據。

中國農業(yè)大學(xué)為論文第一完成單位，杜娟教授為論文通訊作者，博士研究生呂鵬飛和楊興卓為論文的共同第一作者。趙賢國博士和趙章武教授為論文做出了重要貢獻。本研究得到了國家自然科學(xué)基金的資助（32122017和32070492）。

原文鏈接：https://www.genome.org/cgi/doi/10.1101/gr.278661.123

責任編輯：朱文鑫