Fruitless调控家蚕交配行为的分子机理研究

Silkworm is an important economic insect and the model of lepidoptera. The successful courtship and mating behavior of silkworm are crucial for its reproduction, however, the molecular regulation mechanism is less reported. The results in the model organism Drosophila melanogaster showed that sex-determining genes control sexually dimorphism behaviors. In our previous study, we found that the mutagenesis of silkworm fruitless gene, which is involved in the sex determination, disrupted male mating behavior. However, the Drosophila resulted in an abnormal courtship behavior. These mean that the sex behaviors is different between Drosophila and silkworm. And related molecular mechanism of silkworm Bmfru in courtship and mating is still unclear. Based on these, this project intends to use bioinformatics, genome editing and behavioral approaches to study the molecular function of silkworm sex pathway gene Bmfru in sexual behavior. Our aim is to reveal the mechanism of Bmfru regulation on sexual behavior and downstream gene networks. We hope that the results will be helpful for understanding the regulation mechanism of sex determination genes in sex determination and the molecular basis of development and regulation of sexual behaviors.

家蚕是重要的经济昆虫和鳞翅目的模式昆虫。家蚕求偶及交配行为的成功对生殖繁衍至关重要，而有关的分子调控机制目前报道较少。模式生物黑腹果蝇的研究结果表明性别决定基因控制了性行为二态性。我们在前期研究家蚕的性别决定通路基因功能时发现fruitless基因的突变会导致雄性交配行为异常，而果蝇中fru突变导致求偶行为异常。这说明家蚕和果蝇性行为存在差异性，并且其调控相关的分子机制目前还不清楚。基于此，本项目拟利用生物信息学、基因组编辑及行为学手段对家蚕性别通路Bmfru基因在家蚕性行为的功能及调控性行为的分子基础进行深入的研究，并揭示Bmfru调控性行为的下游基因网络调控机理。研究结果一方面有利于深入理解性别决定基因在性别调控中的作用机制，另一方面可以揭示生物性行为发育与调控的分子基础。

家蚕是重要的经济昆虫，也是研究鳞翅目昆虫遗传和发育的理想模式。性别决定级联基因doublesex 和fruitless参与昆虫性行为的调节已在果蝇中获得系统性的研究。与双翅目昆虫相比，鳞翅目昆虫具有相对简单的性行为。雄性蛾子首先感知性信息素以启动求偶行为，然后开始交配行为。然而雄性性行为（求偶行为和交配行为）的遗传机制仍不清楚。在此基础上，我们开展了家蚕性行为调控机制的研究，研究结果如下：发现在鳞翅目模型系统家蚕中，雄性中的这两种行为受到性别决定级联基因的调控，并且具有两条不同的途径。通过切断主要信息素成分bombykol的感受证明Bmdsx调节雄性家蚕的求偶行为。Bmdsx的缺失显著降低了bombykol的外周感知并完全阻止了雄性的求偶。交配行为则受另一性别决定基因Bmfru的调控。Bmfru的缺失完全阻止了交配，但是雄性显示出正常的求偶行为。通过RNA-Seq发现突变Bmfru中BmOR3基因表达的下调，显着降低了对次要信息素组分bombykal的感受。敲除BmOR3证明了其是次要信息素组分bombykal的受体，但是对交配行为没有显着影响，而是增加了交配的时间。我们的研究结果为家蚕性行为调节途径提供遗传学和生理学证据，证明了Bmfru和Bmdsx的基因产物在雄性性行为中的关键作用。我们的研究结果支持Bmdsx-BmPBP1-BmOR1-bombykol调节求偶行为，以及Bmfru-BmOR1-bombykal调节交配行为的概念。这是关于性别决定基因在家蚕性行为中的作用的首次报道，为未来的鳞翅目害虫控制提供潜在的靶标基因。