PIWI/piRNA介导飞蝗两型转变调控的表观遗传机制研究

Density-dependent locust phase change represents a suitable model to determine the epigenetic effects on phenotypic plasticity. piRNAs are small non-coding RNA molecules, which are recently considered to play a PIWI-dependent role in epigenetic silencing of protein-coding gene by chromatin remodeling. The critical genes related to locust phase changes have been determined, but the molecular mechanism of piRNA-guide epigenetic regulation of these critical genes remains unknown. To answer this question, we will take a multidisciplinary approach that integrates theories and methods from genomics, molecular biology, ethology, bioinformatics and biochemistry. We aim to characterize the mechanisms that PIWI/piRNA regulate phenotype switching of locust phases starting from identifying critical piRNAs, then validating piRNA targets by in vivo and in vitro assays, and uncovering piRNA function by gain/loss-of-function experiments. This work will provide novel insights into the piRNA-guide epigenetic regulation underlying phase changes of locusts and facilitate to develop new pest control methods.

外界环境种群密度导致飞蝗两型转变，这是一种非常合适的模型用于研究表观遗传效应对表型可塑性的影响。piRNA是一种非编码小RNA分子，最近被认为能够在PIWI蛋白的协助下，通过染色质重塑的方式对蛋白编码基因行使表观沉默的功能。飞蝗两型转变的关键基因已被鉴定，但靶向调节这些关键基因的piRNA以及受PIWI/piRNA指导的表观调节机制目前尚未明确。针对这一科学问题，我们拟综合运用基因组学、分子生物学、昆虫行为学、生物信息学、生物化学的理论与技术，来深入探讨PIWI/piRNA在表型可塑性中的表观调控作用。通过型变相关piRNA鉴定、体内和体外的PIWI/piRNA靶标验证、体内功能获得/缺失性piRNA作用研究，来揭示飞蝗两型转变过程中的PIWI/piRNA分子调节机制。本项目的实施将深化型变过程中PIWI/piRNA介导的表观调控机制的理解，为开发新的蝗灾防治策略提供理论依据。

外界环境种群密度导致飞蝗两型转变，这是一种非常合适的模型用于研究表观遗传效应对表型可塑性的影响。piRNA是一种非编码小RNA分子，最近被认为能够在PIWI蛋白的协助下，对蛋白编码基因行使表观沉默的功能。飞蝗两型转变的关键基因已被鉴定，但靶向调节这些关键基因的piRNA以及受PIWI/piRNA指导的表观调节机制目前尚未明确。针对这一科学问题，我们综合运用基因组学、分子生物学、昆虫行为学、生物信息学、生物化学的理论与技术，来深入探讨PIWI/piRNA在表型可塑性中的调控作用。本课题以飞蝗为模型，揭示了PIWI/piRNA通路在神经细胞中的重要功能，通过调控神经肽调节因子的表达，进而调控了飞蝗的取食。结果表明Piwi1和piRNA通过调控飞蝗的神经肽信号在摄食和合成代谢过程中发挥着重要作用。这一结果突出了神经系统中PIWI和piRNA相互作用的新功能，并为抑制飞蝗的进食提供了重要线索。这一研究结果对PIWI/piRNA在体细胞中的功能研究有了进一步的认识，同时该研究结果也在害虫防治等方面给予新的启示。