蝗虫母亲是如何为孩子“计深远”的？丨科技前线
编者按：
父母之爱子，则为之计深远。近日，中国科学院动物研究所康乐院士团队揭示了经历高种群密度的蝗虫母亲调控后代蝗卵同步孵化的通路，研究成果在线发表于《自然-通讯》。
尽管绝大部分昆虫妈妈并不“抚育”后代——当它们产卵留下后代之后便静静死去，但它们依然有着表达“母爱”的独特方式。比如，有的昆虫将自己的卵产在寄主植物上，孩子一出生就有食物吃。有的昆虫将卵产在土壤或隐蔽环境中，让孩子有个安全成长的环境。
蝗虫作为群聚型昆虫，它们的母亲能为后代做些什么呢？
01
“抱团取暖”
蝗虫的生娃策略
中国古代神话传说有“龙生九子，各有不同”的说法，而蝗虫母亲对后代的影响方式印证了这个古老传说。
雌性蝗虫受到不同种群密度的影响时，会改变后代卵的大小、数量、抗寒性、孵化特征等。也就是说，不同种群密度条件下出生的“孩子”，虽然遗传基因并未发生改变，但无论从行为还是长相上都有显著差异。
高种群密度作用下的母亲产出的卵粒大而少，而低种群密度下的母亲产出的卵粒则小而多。其中，后者具备较强的抗寒能力，而前者具有“抱团”优势——群体同步孵化，为它们将来聚集成群、大规模迁飞奠定基础。
经过长期的系统性研究，康乐团队发现了其中的原因。蝗虫母亲生殖系统有一系列编码基因及非编码RNA形成各种调控网络，实现对后代卵发育、形态、抗寒性的控制。
2016年，康乐团队研究发现，高密度作用下的群居型蝗虫卵巢中有一个关键的非编码小RNA——miR-276高表达，它通过促进靶标基因Brm的表达，使得后代卵同步孵化。这一发现首次揭示了昆虫同步发育的分子机制。
然而，周围“同伴”聚集度高，怎么就会影响一只蝗虫母亲卵巢里的miR-276发生高表达呢？
02
“剥皮抽丝”
发现关键蛋白PTBP1
要摸清从外界种群密度到雌性生殖系统调控的路线相当具有挑战性。
研究人员另辟蹊径，从卵巢miR-276的合成步骤切入，揭开了卵巢小RNA响应种群信号的“神秘面纱”。
他们使用miR-276加工前体作为“诱饵”，“钓取”与其结合的蛋白。在确定关键RNA结合蛋白PTBP1之后，接下来以“顺藤摸瓜”的方式，最终发现了一个在卵母细胞中调控基因转录的因子FOXN1。
FOXN1能够激活PTBP1，而PTBP1又能够促使miR-276加工前体高效率地从细胞核转运到细胞质，导致miR-276高表达。这一“连环炮”式的信号传递最终诱发了后代蝗卵同步孵化。
PTBP1蛋白被大量研究证明是调控神经细胞发育的重要蛋白，而该团队意外发现，其在生殖系统中还能调控小RNA合成。那么这项功能是如何实现的呢？
研究人员利用最新的蛋白互作预测模型以及体内外实验验证，找到PTBP1与经典miRNA转运通路上的蛋白复合物XPO5的相互作用。
更为重要的是，PTBP1之于XPO5，并非简单的“作用加成”，而是通过识别前体miRNA上特定的“标签序列”，引领XPO5走向特定的目标小RNA。
这种“引导”作用，是精准调控蝗虫母亲同步孵化后代卵这一特征的关键所在，同时避免了后代遭遇由小RNA大幅变化而导致的剧烈表型变化。
03
“洞若观火”
助推绿色蝗灾防控
蝗虫母亲根据自己经历的高种群密度生活，会预先安排后代的生活史策略，有利于后代适应母亲经历生活过的环境。
该研究让我们更好地理解蝗虫母亲这种超前预测，并据此作出预先安排的策略，利用蝗虫生殖系统关键信号传递节点，设计新型绿色蝗灾防控靶点，同时也为探索更多昆虫母亲对后代的照顾机制提供了启示。
责任编辑：王颖