昆虫翅发育分子机制研究
完成单位：山东农业大学、南京大学
完成人员：刘庆信、张青、周紫章、孙小涵、丁燕
获奖情况：山东省自然科学奖二等奖
项目简介：翅是昆虫重要器官，是昆虫分类的主要依据，也是昆虫进化的重要驱动力。翅赋予昆虫飞行能力，拓展了昆虫的活动空间和取食范围。有翅害虫是农林害虫防治的重点和难点。昆虫翅包括翅膜和翅脉两部分组成，翅脉类似于人的骨架，为翅膜提供了支撑，维持了翅的形状和强度。翅发育受环境、营养和基因等因素调控。探究翅发育的分子机制，对于寻找昆虫新物种、了解昆虫进化和物种多样性、农林害虫防治，均具有重要意义。课题组多年来从整体、细胞和分子水平，探究昆虫翅发育的分子机制，取得如下主要成果：
1、鉴定了多个调控翅发育的转录因子。真核细胞基因表达受转录因子调控，为了系统性探究参与翅发育的转录因子，课题组利用果蝇进行了高通量遗传筛选。发现了转录因子Apt在果蝇翅发育不同时期差异性表达，通过激活细胞周期蛋白CycE表达，调控细胞增殖，进而影响翅面积。此外，发现转录因子Mid通过激活hh基因表达，调节翅脉发育。
2、揭示了去泛素化酶通过调控Hh信号通路活性，调节果蝇翅脉发育。大量研究结果表明果蝇翅脉发育受Hh信号通路调控，其过度活化导致多余翅脉，其活性不足则导致翅脉间距变窄甚至翅脉消失。Hh信号通路通过跨膜蛋白Smo将细胞外信号传递给转录因子Ci，调控Ci蛋白稳定性和亚细胞定位，最终控制靶基因表达。课题组鉴定到去泛素化酶Usp7稳定Ci、UCHL5稳定Smo，增加Hh信号通路活性，影响果蝇翅脉发育。
3、解析了通过调控Yki蛋白稳定性维持果蝇翅膜面积的分子机理。Hippo信号通路调控细胞增殖和凋亡，控制翅面积大小。Yki是Hippo通路的核心元件。课题组首次发现细胞内Yki蛋白不稳定，细胞质Yki蛋白通过溶酶体降解，细胞核Yki蛋白通过蛋白酶体降解，Yki蛋白量与翅膜面积大小紧密相关。
上述研究成果发表论文22篇，其中SCI论文19篇，总影响因子101.837分，影响因子大于10的论文3篇，单篇论文最高影响因子13.610。被包括eLife、Nucleic Acids Res、Nat Commun等国际著名学术刊物引用。本项目第一完成人2017年入选山东省泰山学者特聘专家；2019年获得国家重点研发计划资助。本项目第三完成人2019年获得国家自然科学优秀青年基金资助，为山东省昆虫学领域第一位国家优青获得者。