近日，西部（重庆）科学城种质创制大科学中心，西南大学前沿交叉学科研究院生物学研究中心侯勇教授研究组在《PLOS Genetics》发表研究成果，揭示了性别决定基因 doublesex 与营养转录因子 GATAβ4 协同调控家蚕储存蛋白 1（SP1）性别二态性表达的分子机制，为深入理解昆虫性别特异性性状的调控网络提供了新视角。性别二态性是生物界普遍存在的现象，涉及形态、行为、生理等多个方面，对物种繁殖与进化至关重要。家蚕作为鳞翅目模式生物，存在一类性别差异表达的储存蛋白（SPs），其中 SP1 仅在雌性幼虫脂肪体中高表达，为成虫繁殖储备营养，但其性别特异性表达的调控机制长期不明确。

研究团队首先聚焦性别决定核心基因 doublesex，利用 CRISPR/Cas9 系统构建了 doublesex 共同区域（dsxC）突变体。实验发现，雄性突变体中 SP1 的 mRNA 和蛋白水平显著上调，而雌性突变体中 SP1 表达显著下降，表明 doublesex 是调控 SP1 性别差异表达的关键因子。进一步研究显示，家蚕 doublesex 通过性别特异性剪接产生雌性特异亚型（dsxF）和雄性特异亚型（dsxM），其中 dsxF 对 SP1 启动子的结合与激活能力显著强于 dsxM—— 电泳迁移率变动分析（EMSA）证实，dsxF 可强烈结合 SP1 启动子上的 4 个顺式调控元件，而 dsxM 的结合能力极弱。

双性基因（doublesex）突变导致二态性改变

为探究其他调控因子的作用，团队将目光投向 GATA 家族转录因子。前期研究表明，GATAβ4 可直接结合 SP1 启动子并促进其表达。本研究通过转基因技术在雄性幼虫中过表达 GATAβ4，发现 SP1 表达量大幅上升，且成虫出现生殖器官异常与交配行为缺陷，提示 GATAβ4 不仅参与 SP1 调控，还影响性别分化。深入的分子互作研究揭示了二者协同调控的核心机制：Co-IP 与双分子荧光互补实验（BiFC）证实，GATAβ4 可与 dsxF、dsxM 直接相互作用；在雄性中，dsxM 通过与 GATAβ4 结合，抑制其对 SP1 启动子的结合能力，从而阻断 SP1 的上调表达；而在雌性中，dsxF 与 GATAβ4 协同激活 SP1 启动子，维持高表达水平。此外，研究还发现 GATAβ4 可促进 dsxM 的核定位，进一步增强其抑制效应，形成精密的性别特异性调控环路。该研究首次证实，家蚕 SP1 的雌性特异性表达并非单一因子调控，而是由 doublesex 性别亚型与 GATAβ4 通过 "激活 - 抑制" 平衡实现：雌性中 dsxF 与 GATAβ4 协同激活，雄性中 dsxM 通过干扰 GATAβ4 的 DNA 结合能力抑制表达。这一机制为理解昆虫性别二态性基因的调控模式提供了新范式，也为鳞翅目害虫的性别调控与生物防治提供了潜在靶点。

双性基因（doublesex）共同区域突变后的储存蛋白表达分析

西南大学博士研究生颜嘉敏为本文第一作者，侯勇教授为通讯作者。研究得到国家重点研发计划（第一资助，2022YFD1201600）等项目的资助。