近日,我所应用昆虫研究室(农业农村部天敌昆虫重点实验室)联合长江大学农学院,系统梳理了DNA甲基化、组蛋白修饰与非编码RNA在昆虫滞育过程中的调控证据,提出了“表观遗传记忆枢纽”,阐明了昆虫记录、存储、传递季节性环境信息的机制,为破解经典滞育理论的“记忆危机”提供了新的研究范式。
经典神经内分泌-昼夜节律模型将滞育视作光周期触发的实时开关,却无法解释细胞如何长期维持稳定状态、个体如何积累长期环境信号以及亲代经历如何传递给子代。该团队提出了由三大支柱构成的调控中枢:DNA甲基化在滞育效应基因位点锁定转录程序;组蛋白修饰将光周期信号实时转译为染色质状态;非编码RNA则引导染色质修饰酶精准定位并对代谢过程进行反馈微调。三者协同作用,推动对滞育的认知从激素开关转变为可编程、可遗传的记忆状态(图1)。

图1 “表观遗传记忆枢纽”:将环境信号转化为内分泌输出的桥梁
这一枢纽具备三大核心功能:作为信号翻译桥,它将光周期信号转译为染色质状态,进而沉默保幼激素合成基因;作为生物钟的主调控器,滞育会重编程DNA甲基化表观遗传时钟,使经历滞育的金小蜂成虫表观遗传衰老速率降低29%、寿命延长36%,相关调控位点富集于胰岛素/IGF与mTOR通路;作为进化适应载体,亲代所经历的短光周期信号可通过可遗传的组蛋白标记写入卵母细胞,在果蝇中,即便子代至曾孙代未经历诱导信号,仍具有高滞育倾向(图2)。

图2 滞育的跨代表观遗传记忆
在应用层面,该框架为害虫治理与天敌利用提供了全新靶点:针对害虫,可靶向作用于滞育终止开关,迫使其在非羽化期羽化,导致其与寄主物候错配,以此形成可替代广谱杀虫剂的精准干预手段;针对天敌昆虫,则可定向调控滞育的诱导与解除过程,延长天敌产品的货架期,提升生物防治的实际效果(图3)。

图3 昆虫滞育调控中表观遗传机制的跨物种进化保守性
相关研究成果以“The Epigenetic Memory Nexus: encoding, maintenance, and inheritance of insect diapause”为题发表于《Cell Communication and Signaling》(IF2026=11.6)。我所赵贤国博士,长江大学研究生简渝丹、金振宇副教授为该论文共同第一作者,李姝副研究员参与该研究,王甦研究员为通讯作者。该研究得到国家重点研发计划、北京市农林科学院青年基金项目和北京市农林科学院植保所改革与发展项目的支持。
论文链接:https://link.springer.com/article/10.1186/s12964-026-03267-3