DAP-seq助力揭示转录因子在草地贪夜蛾Bt抗性中重要作用

2024年4月6日，武汉生物工程学院生命科学与技术学院刘磊磊课题组在International Journal of Biological Macromolecules（中科院一区，影响因子8.2）期刊在线发表了“Contribution of the transcription factor SfGATAe to Bt Cry toxin resistance in Spodoptera frugiperda through reduction of ABCC2 expression"的研究论文。该团队利用DAP-seq等技术阐明了转录因子SfGATAe对毒素受体基因SfABCC2表达的调控机制，并全面阐释了这种转录调控机制对草地贪夜蛾Bt抗性产生的重要影响。这项研究为探索SfGATAe在抗性机制中的作用，并为开发以SfGATAe为靶点的生物农药奠定了重要理论基础。

ABCC2转运蛋白属于多次跨膜蛋白，其不同情况的突变能引起机体对Bt毒素不同程度的抗性，SfABCC2转运蛋白介导的草地贪夜蛾对Bt毒素抗性研究具有重要的意义。而鳞翅目昆虫中特异性毒素受体的转录水平调控与昆虫Bt抗性关系知之甚少，GATA转录因子属于锌指蛋白家族，包含位于 NH2 末端区域的转录激活域、两个高度保守的锌指区域、一个核定位信号序列和一个未知功能的 COOH 末端域， GATAe 通过调节中肠组织特异性基因的表达，参与中肠干细胞的发育和分化。

图1草地贪夜蛾卵巢细胞系中的亚细胞定位分析

该研究团队运用了DAP-seq技术，以高通量、高分辨率的鉴定了SfGATAe的直接转录结合位点。该研究共识别出了19,740个结合峰，其中1,507个位点位于启动区。该研究通过构建一系列截短载体，并利用双荧光素报告系统评估了每个构建对报告基因的驱动能力，并成功鉴定了调控元件的关键区域。通过酵母单杂交实验、DNA pull down和定点突变等实验，确定了转录因子SfGATAe在ABCC2靶基因中的核心控制位点。

图2 SfGATAe 与ABCC2受体启动子结合关键区域鉴定

图3 SfGATAe结合启动子区的DNA基序鉴定

转录因子SfGATAe在草地贪夜蛾时空表达分析表明，SfGATAe的在中肠表达水平都显著高于非中肠器官，中肠中SfGATAe的增强表达可能表明其参与调节昆虫代谢或解毒过程，尤其在调控Cry1Ac毒素受体ABCC2方面的重要作用。

图4 SfGATAe在草地贪夜蛾不同发育阶段和各部位时空表达模式

SfGATAe表达水平降低导致SfABCC2受体表达减少，进而导致幼虫对Cry1Ac毒素的敏感性降低。SfGATAe与SfABCC2基因启动子内的关键结合位点的结合调节了SfABCC2蛋白的表达。SfGATAe在肠道内表现出高水平表达，敲降SfGATAe表达，幼虫体内SfABCC2的表达降低。该研究加强了对鳞翅目害虫中ABCC2的后转录调控的理解，为进一步探索SfGATAe在调控Cry1Ac和其他杀虫剂抗性机制中的功能奠定基础。

图5 抑制SfGATAe表达量减少ABCC2表达水平导致草地贪夜蛾对Bt抗性