两种半翅目昆虫不同翅发育的单细胞图谱

《Nature Communications》：A single-cell atlas of alternative wing development in two hemipteran species

　　

摘要

昆虫翅膀的多态性使得单个基因组能够根据环境信号产生不同的翅膀形态，但其背后的细胞决定机制至今仍不清楚。在本研究中，我们对Pyrrhocoris apterus和Nilaparvata lugens的长翅型与短翅型 Wing buds进行了单细胞RNA测序，发现了六种在两种形态中比例相似的保守细胞类型。通过RNA干扰技术沉默51个标记基因后发现，负责翅膀形态形成的基因En（上皮样细胞）和bs（气管细胞），以及细胞周期相关基因Anln、CycB3和cdk1（神经元细胞），都是长翅型发育所必需的，其中En还有特定的时间表达要求。流式细胞术分析表明，长翅型的形成主要依赖于更长的细胞增殖时间。跨物种比较显示，不同物种的翅膀细胞具有相似的属性。我们的研究结果表明，半翅目昆虫的短翅型可能是通过精确调控上皮样细胞、气管细胞和神经元细胞中的翅膀形态形成基因及细胞周期基因的表达，从祖先的长翅型演化而来的。这一发现为理解昆虫组织在单细胞层面的发育可塑性提供了新见解。