BmPriS通过调控家蚕丝腺内复制周期促进丝腺发育及丝蛋白合成的分子机制

本研究针对家蚕丝腺发育中内复制（endoreplication）调控机制不明的科学问题，通过CRISPR/Cas9技术特异性敲除后部丝腺（PSG）的DNA引发酶α亚基基因（BmPriS），发现其缺失导致丝腺完全退化、丝蛋白（FibH/FibL/P25）合成沉默及茧丝产量下降。研究揭示BmPriS通过调控内复制相关基因（MCM3-7）、细胞周期基因（CDK2/CyclinE）和凋亡基因（Fadd/Daxx）网络影响丝腺发育，为家蚕高产育种提供新靶点。

　　

背景与科学问题
家蚕（Bombyx mori）作为重要的经济昆虫，其丝腺是自然界最高效的蛋白质合成工厂之一。丝腺细胞在幼虫期经历独特的内复制周期（endoreplication），DNA含量可扩增20万-40万倍，但调控这一过程的分子机制尚不明确。DNA引发酶α亚基（Primase α subunit, PriS）是DNA复制起始的关键组分，在癌症中异常表达会驱动细胞增殖，但其在家蚕丝腺内复制中的作用从未被探索。

研究设计与技术方法
西南大学研究团队利用CRISPR/Cas9系统构建PSG特异性BmPriS敲除家蚕（?BmPriS），结合免疫荧光染色、EdU标记检测内复制活性，通过qPCR分析丝蛋白基因（FibH/FibL/P25）、内复制相关基因（MCM3-7）及凋亡基因（Fadd/Dredd）表达。

研究结果

BmPriS在吐丝期高表达
RNA-seq显示BmPriS在五龄后期PSG表达量持续上升，其编码蛋白含保守的DNA引发酶S结构域（103-331aa），提示其在DNA复制中的功能保守性。

?BmPriS导致丝腺发育缺陷
突变体表现为茧层重量下降42.3%，丝纤维直径减少28.6%。组织学分析发现?BmPriS个体PSG完全缺失，免疫荧光显示残留丝腺细胞体积缩小67.8%。

内复制与丝蛋白合成受阻
EdU染色证实?BmPriS细胞DNA复制活性降低81.4%，纤维蛋白基因（FibH/FibL/P25）表达近乎沉默，丝胶蛋白基因（Ser1-3）下调5-8倍。内复制调控基因MCM3-7表达量下降4-6倍。

细胞周期与凋亡通路异常
细胞周期正调控因子CDK2、CyclinE和Hippo通路效应因子Yki表达下调3-5倍，而凋亡信号分子Fadd、Daxx表达上调7-9倍，提示BmPriS缺失引发"复制应激-凋亡"级联反应。

结论与意义
该研究首次阐明BmPriS通过双重机制调控丝腺发育：1）通过MCM复合物维持内复制周期；2）通过平衡CDK2/Yki和Fadd/Daxx表达协调细胞生长与凋亡。成果发表于《International Journal of Biological Macromolecules》，不仅为家蚕高产育种提供分子靶点，也为理解内复制在器官巨型化中的普适机制提供新视角。