转座因子通过介导长非编码RNA的表达调控飞蝗行为可塑性

Behavioral plasticity is a fundamental strategy for animals to cope with environmental changes. The migratory locust has been used as a typical model for behavioral plasticity study because of its remarkable population density-dependent aggregation behavior. Long noncoding RNAs (lncRNAs) are active players in gene expression regulation, and present high spatiotemporal specificity of expression. LncRNAs are implicated in the fune-tuning of behavioral plasticity. Previous studies by our lab and colleagues found that some transposable elements (TEs) can regulate the biogenesis and expression of lncRNAs. However, it remains unsolved how TEs interact with lncRNAs genomewide and to what extent their interactions affect the expression and functions of lncRNAs. In the present study, we propose that TEs in lncRNAs may provide functional domains that modulate the activity and regulatory specificity of lncRNAs, and thus are responsible for the precise control of locust behavioral aggregation in response to environmental change. To validate this, we'll conduct genome-wide comparatvie profiling of the structure and expression of the TE-containng lncRNAs (TE-lncRNAs). We'll then analyze an lncRNA-centered regulatory networks wired by TE (e.g., TE/TE-lncRNA/target gene interacting pathway) and their functional role in behavioral control of the locust.

行为可塑性是动物应对环境变化的基本策略。飞蝗因为其显著的种群密度依赖的聚群行为而被用作经典的行为可塑性模型。长非编码RNA（lncRNA）参与基因表达调控，表现明显的时空特异性表达，可能在动物行为调节中发挥作用。过去我们和同行研究发现一些转座因子（TE）在lncRNA的生成和表达调控中起作用，但TEs和lncRNAs作为基因组两大“暗物质”如何在全基因组范围相互作用并多大程度影响基因表达和功能，还缺乏系统和深入认识。本研究提出假说认为，lncRNA内含的TE作为重要的结构域控制行为变化过程中lncRNA的时-空特异性表达和靶向调节，并最终精准调控飞蝗聚群行为的环境响应。为证明该假说，将比较分析含TE的lncRNAs（TE-lncRNAs）全基因组范围的结构特征和时-空表达规律，并揭示特定TE-lncRNA在飞蝗聚群行为控制中的重要作用及其调控的分子机制（相互作用通路）。

行为可塑性对动物应对环境变化至关重要，长链非编码RNA（lncRNAs）可能在动物行为可塑性调节中发挥作用，而转座因子（TE）可能参与众多lncRNAs的产生和作用调控，但作用方式和机理尚未有研究。本项目以飞蝗型变过程中的聚群行为可塑性为研究对象，系统研究了型变过程中脑部表达的lncRNAs，鉴定了14,373个lncRNAs，并对其型变过程的表达格局和表达网络进行了细致分析。在此基础上，对2个关键的含TE的lncRNA开展了功能研究，对其中一个核富集的lncRNA即PAHAL在多巴胺生物合成和飞蝗行为调控中的作用及其调节机制开展了深入研究。结果发现，PAHAL能有效调节飞蝗的种群密度依赖的聚集行为。机制上，PAHAL招募有转录因子和剪切因子双功能的丝氨酸/精氨酸富含的剪切因子SRSF2，结合到苯丙氨酸羟化酶PAH的近启动子区，激活PAH的转录。进一步研究发现，插入到PAHAL的逆转座子元件Gypsy为PAHAL提供了核定位信号和SRSF2的高亲和位点，介导了lncRNA的表达调控。这些发现揭示了TE对lncRNA精密的转录调控和行为可塑性调节的关键作用，为研究飞蝗的型变提供了新的视角，并拓展了对长链非编码RNA调控动物行为的认知。