自然界中,很多动物会根据环境的变化来调节繁殖对策,产生不同数量的后代。动物种群的内在因素在调节繁殖对策方面也发挥重要作用,如种群密度、性比、亲缘关系和个体竞争强弱等均影响所繁殖的后代数量。飞蝗是探究密度依赖生殖策略的理想模型。根据种群密度不同,飞蝗存在群居型和散居型两种生态型。高密度的群居型飞蝗生殖力较低,而低密度散居型飞蝗采取较高的生殖力。
近日,中国科学院院士、动物研究所研究员康乐团队揭示了飞蝗适应种群密度变化而导致后代数量改变的分子机制。Piwi-interacting RNAs(piRNAs)是动物生殖系统中特异表达的一类非编码小RNA。群居型和散居型雌虫卵巢中piRNAs的表达差异非常明显。散居型飞蝗较高的产卵频率与piRNAs的高表达具有明显的关联性。
研究发现,Liwi1/piRNAs作用的靶标是Orb内含子中一个不具有转座功能的残缺转座子“Copia”。飞蝗中Liwi1/piRNAs通过与剪切体蛋白U2AF35互作,促进内含子从前体mRNA中移除,导致产生更多的Orb成熟mRNA转录本,从而实现了Orb在散居飞蝗卵小管尖端的高表达。
该研究是继康乐团队发现piRNAs是群居型、散居型飞蝗中表达差异最大的一类小RNA后,进一步证明了piRNAs对飞蝗生殖策略可塑性的调控机制。4月26日,相关研究成果以piRNA-guided intron removal from pre-mRNAs regulates density-dependent reproductive strategy为题,在线发表在Cell Reports上。