家蚕Jun基因通过调控S期细胞周期基因参与丝腺细胞内复制机制研究

本研究针对家蚕丝腺细胞内复制调控机制不明的问题，通过CRISPR/Cas9构建中丝腺特异性BmJun基因敲除品系，揭示JNK信号通路下游转录因子BmJun通过负调控BmCDK2/BmCyclinA/BmCyclinE复合物抑制DNA复制的新机制。该研究首次阐明Jun蛋白亚家族在细胞周期变异中的功能，为提升蚕丝产量提供分子育种靶点。

　　

在生物发育过程中，细胞周期调控存在一种特殊形式——内复制（endoreplication），这种只复制DNA而不进行细胞分裂的过程，能形成多倍体细胞，对维持组织和器官的正常功能至关重要。然而，内复制的调控网络仍存在大量未解之谜。家蚕作为完全变态昆虫，其丝腺细胞经历10次有丝分裂后转入内复制阶段，基因组重复复制17-19次却不分裂，最终形成巨大多倍体细胞，这种特性使家蚕丝腺成为研究内复制的理想模型。

西南大学家蚕基因组生物学国家重点实验室的研究人员聚焦JNK信号通路关键转录因子BmJun，通过构建中丝腺特异性敲除品系Ser^P-BmJun-KO，系统解析了该基因在家蚕细胞周期和丝腺内复制中的调控作用。相关成果发表在《Journal of Advanced Research》上。

研究采用CRISPR/Cas9基因编辑构建转基因家蚕品系，结合流式细胞术、EdU标记、双荧光素酶报告基因等技术，通过冷冻切片、扫描电镜等形态学分析，并运用染色质免疫共沉淀（ChIP-qPCR）验证转录调控机制。

JNK信号通路功能验证
使用抑制剂SP600125处理BmN-SWU1细胞和丝腺组织，发现抑制JNK通路可促进细胞从G1期进入S期，同时阻碍G2/M期进程。EdU标记显示DNA复制能力随处理时间增强，qRT-PCR证实S期基因BmCDK2/BmCyclinA/BmCyclinE表达上调，而下游靶基因BmJun表达受抑制。

BmJun基因功能表征
生物信息学分析确认家蚕仅存在单个c-Jun同源基因。过表达BmJun使BmN-SWU1细胞G0/G1期比例从35%升至42%，干扰表达则使G2/M期细胞增加17%。CCK-8检测显示BmJun显著抑制细胞增殖活力，EdU标记证实其负调控DNA合成。

中丝腺特异性基因敲除效应
成功构建Ser^P-BmJun-KO品系，qRT-PCR显示BmJun仅在中丝腺表达降低。表型分析发现敲除品系中丝腺细胞直径增加20%，细胞体积扩大30%，总DNA含量从21.94μg提升至45μg。冷冻切片显示L5-D6时期中丝腺横径显著增大。

蚕丝产量提升机制
扫描电镜显示敲除品系茧丝直径增粗17%，全茧量和茧层率分别提高16%和20%。双荧光素酶报告基因和ChIP-qPCR证实BmJun直接结合BmCDK2/BmCyclinA/BmCyclinE启动子区发挥转录抑制作用，敲除后解除对S期基因的抑制，加速DNA复制。

该研究首次揭示BmJun通过JNK通路调控内复制的新机制：在丝腺细胞中，BmJun作为转录抑制因子，通过靶向S期蛋白激酶复合物基因的启动子区域，建立负反馈调节环路。当BmJun表达受抑时，BmCDK2/BmCyclinE等基因表达上调，延长S期持续时间，促进DNA复制和多倍体化，最终导致丝腺细胞体积增大和茧丝产量提升。这一发现不仅完善了细胞周期调控理论，更为家蚕分子设计育种提供了重要靶点。由于家蚕养殖全程在人工控制环境下进行，该成果在产业应用中具有较高的生物安全性。