5月30日，中國科學院分子植物科學卓越創新中心詹帥研究員團隊在國際學術期刊science發表了最新研究成果。研究發現核心生物鐘基因cycle是控制家蠶滯育的關鍵「開關」，回答了學術界關注百餘年的關於家蠶生活史變異的難題。
昆蟲是地球上分布最廣、數量最大的動物類群。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（即每年發生代數）以躲避或應對低溫、短光照、食物匱乏等不利環境。
昆蟲的滯育類似於動物的冬眠，即在特定時期或特定季節性信號（包括光周期、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並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（例如：很多害蟲的北方種群由於滯育一年發生1-2代，而南方種群一年可發生多代）。昆蟲種類眾多，滯育形式各異，但目前只有模式昆蟲—果蠅的滯育變異機製得到了部分解析。
家蠶化性與季節性適應 本文圖片均為 中國科學院分子植物科學卓越創新中心 供圖
家蠶在長期馴化過程中，其年度生活史策略（一般稱為化性，voltinism）受到規律性的人工選擇：大多數家蠶品系（特別是生產品系），由於胚胎滯育實現每年繁殖1-2代，以適應溫帶地區人類的勞作周期；而來源於熱帶、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。家蠶也是化性最早被研究的昆蟲，最早的遺傳學研究可追溯到上世紀初。然而至今，決定家蠶化性的主效基因和具體的遺傳機制仍不清楚。
詹帥研究團隊通過正向遺傳學手段，利用家蠶二化滯育品系（每年繁育二代，bivoltinism）和非滯育多化品系（每年繁育多代，polyvoltinism）構建定位群體，並結合全基因組關聯分析確定cycle基因是控制家蠶滯育和化性差異的主效基因。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通過不同亞型的功能多態性同時調控晝夜節律和季節節律
研究團隊發現，家蠶cycle基因通過可變剪接編碼3個亞型（a-c）：相較於滯育品系，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，並進一步證明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。
本研究成功鑒定到了控制家蠶滯育的關鍵「開關」，初步回答了關於家蠶化性變異的百年難題，並為前沿性的昆蟲表型可塑性研究提供了新見解和新素材。與此同時，研究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；在分子水平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。
