家蠶在長期馴化過程中，其年度生活史（每年繁殖代數）策略受到規律性地人工選擇。中國科學院分子植物科學卓越創新中心研究發現，核心生物鐘基因Cycle是控制家蠶滯育（似于冬眠）的關鍵“開關”，揭示了家蠶生活史變異的遺傳機制。

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滯育：昆蟲的季節生存策略

為適應不同地域和氣候條件，昆蟲需要有效的季節性適應策略（如遷飛、滯育等），以及合理的年度生活史，以躲避應對低溫、短光照、食物匱乏等不利環境。

昆蟲的滯育，是在特定時期或特定季節性信號（如光變化、溫度等）的誘導下發生的發育停滯行為，同時伴隨生理、代謝、表型等方面的變化。

滯育的發生，幫助昆蟲應對不利環境，并顯著延長昆蟲的世代周期，因此也是造成昆蟲不同年度生活史的生理基礎。

大多數家蠶品系（特別是生產品系），由于胚胎滯育可實現每年繁殖1-2代，以適應溫帶地區人類的勞作周期。而來源于熱帶、亞熱帶地區的家蠶品系，一般不發生滯育，可實現每年多代繁殖。

▲家蠶化性與季節性適應（藍色：二化，即通過胚胎滯育一年繁殖2代；紅色：多化，一年多代）

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Cycle基因調控家蠶滯育

研究團隊通過正向遺傳學手段，結合全基因組關聯分析，確定了Cycle基因是控制家蠶滯育和化性差異的主效基因。研究團隊進一步發現，家蠶Cycle基因通過可變剪接編碼3個亞型（A-C）。相較于滯育品系，非滯育品系的C亞型功能缺失，但A/B亞型保留完整。

通過開展基因編輯、生理生化實驗、行為學實驗等，研究團隊發現C亞型控制家蠶滯育的環境誘導，而A/B亞型發揮Cycle本身的晝夜節律調控功能，并進一步證明Cycle基因的雙重功能在鱗翅目昆蟲中（農林害蟲中種類最多的類群，包括蛾類和蝴蝶）具有普適性，確認了該基因是昆蟲核心生物鐘基因，主要參與昆蟲的晝夜節律調控。

▲生物鐘基因

Cycle

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破解難題

昆蟲種類眾多，滯育形式各異，此前只有模式昆蟲-果蠅的滯育變異機制得到了部分解析。

本次研究成功鑒定了控制家蠶滯育的關鍵“開關”，初步回答了關于家蠶化性變異的難題，并為昆蟲表型可塑性研究提供了新見解和新素材。

同時，該研究也解釋了生物鐘基因如何在不影響晝夜節律調控穩定性的前提下，實現季節節律調控的可塑性。

該研究在分子水平方面，為掌握蟲害的發生規律、制訂合理的防治方案，“無創”打破滯育、高效利用資源昆蟲，以及在全球變暖大背景下預測昆蟲種群潛在的動態變化等提供理論依據。

來源：中國科學院分子植物科學卓越創新中心

責任編輯：曹旸