Xio调控果蝇性别决定和RNA m6A甲基化的机理研究

Sex determination is one of the most important decisions during animal development. In insects, understanding the sex determination pathway has important practical value. The essential question in the field is to find novel, evolutionarily conserved sex-determining genes. By screening a high-throughput protein-protein interaction database, we found a new gene Xio and its RNAi has the ability to transform female flies to male flies, suggesting that Xio is likely a novel component in the Drosophila sex determination pathway. In this proposal, we will dissect the molecular mechanism by which Xio regulates sex determination in vivo and in vitro by combining various approaches. Because several genes in the Drosophila sex determination pathway were found to be components in the RNA m6A (N6-methyladenosine) methyltransferase complex, we will analyze the function of Xio in m6A methylation process. Because Xio is conserved during evolution, we will study the role of its ortholog in Bombyx mori (silkworm) sex determination, and test the function of its ortholog in mammalian RNA m6A pathway. This proposal will make significant contributions in two most fundamental areas in biology, sex determination and RNA epigenetics, and will also generate important practical value for economic insects.

性别决定是动物发育过程中最重要的选择之一，在昆虫中诠释性别决定机制有着重要的实用意义，目前急需解决的问题包括找到新的，在进化中保守的性别决定基因。申请人前期通过高通量蛋白相互作用分析，筛选到一个新的果蝇基因Xio，预实验发现其RNAi具有将雌蝇转化为雄蝇的能力，因此Xio极有可能是果蝇性别决定信号途径的一个新基因。本项目将采用多种实验方法，在体内和体外两方面解析Xio调控果蝇性别决定的分子机理。由于过去已经验证的几个果蝇性别决定因子是RNA m6A（N6-甲基腺嘌呤）甲基转移酶复合物的重要组分，因此将分析Xio在m6A甲基化表观修饰中的作用。由于Xio在进化中保守，我们拟进一步研究其同源基因在家蚕性别决定中的功能，以及在哺乳动物RNA m6A信号途径中的作用。本项目将在性别决定和RNA表观遗传两个基础生物学领域做出具有国际竞争力的科研工作，对于遗传调控经济昆虫的效益也具有重要的应用价值。

RNA上的化学修饰代表了新一层表观遗传学的调控机制，并成为最近国内外的研究热点之一。目前已有超过150种RNA修饰被发现，其中N6-甲基腺嘌呤 (N6-methyladenosine, m6A) 是mRNA上含量最丰富的化学修饰。m6A修饰作为一条新的通路，最重要的工作是找到其中的核心组分。本项目利用果蝇性别决定这一特异性受到m6A调控的生物学过程作为研究对象，采用遗传学、细胞生物学、生物化学、液相色谱-质谱联用、和高通量测序相结合的手段，鉴定了在进化中保守的、控制性别决定的新基因Xio/CG7358/ZC3H13，同时证明了Xio是RNA m6A甲基转移酶复合物七个核心成员之一，并进一步揭示了Xio及其它因子在m6A甲基转移酶复合物中的作用机理。这些研究成果于2018年在PNAS杂志（第一标注资助基金）和2021年在Nature Communications杂志（第四标注资助基金）发表，受到领域内的广泛认可和引用。总之，本项目的研究计划得到了很好的执行，项目的研究目标都得到了很好的完成，在RNA表观修饰和动物性别发育这两个方向做出了重要成果。