2024年1月29日，生物学研究中心赵萍教授课题组在《Insect Science》上发表了题为“BmSLC7A5 is essential for silk protein synthesis and larval development in Bombyx mori”的研究论文。该论文解析了氨基酸信号在蛋白翻译水平调控丝蛋白合成的分子机制，为创制高丝量种质资源提供了新的策略。
泌丝昆虫产丝形成茧、巢和网等，这对它们的生存和繁衍至关重要。然而，在蛋白翻译水平上丝蛋白合成的分子机制知之甚少。营养信号是蛋白质合成和器官生长的关键因子，而TORC1信号通路主要负责细胞营养状态的感知。已有研究表明，溶质载体基因家族7（SLC7）参与TORC1信号通路的激活以及蛋白质的翻译过程，但是在泌丝昆虫中其生理功能还未有报道。
本研究基于同源序列比对，在家蚕基因组中共鉴定出12个SLC7同源基因。其中，BmSLC7A5是一个丝腺高量表达基因，且在泌丝昆虫中具有较高的同源性，可能参与亮氨酸的转运。利用氨基酸注射和添食的方式，发现亮氨酸和碱性氨基酸处理后，能够激活TORC1信号，显著增加丝蛋白的合成。在5龄期后部丝腺中亮氨酸含量与BmSLC7A5表达量成正相关。为了进一步分析亮氨酸和BmSLC7A5在丝蛋白合成中的作用，该研究通过CRISPR/Cas9技术系统性和丝腺特异性敲除家蚕BmSLC7A5基因。敲除个体TORC1信号被显著抑制，导致家蚕丝腺变小、丝蛋白合成显著减少。此外，体细胞突变体从5龄期到蛹早期出现了发育受阻以及致死现象。综上所述，该研究发现BmSLC7A5介导的亮氨酸信号调节TORC1通路进而参与丝蛋白的合成和幼虫的发育，为提高蚕丝产量提供了新的策略和靶点。
图1. BmSLC7A5介导的亮氨酸信号调节丝蛋白合成
中心毕业博士生唐新（现重庆市中药研究院，中国中医科学院中药研究所“西部之光”访问学者）为本文第一作者，赵萍教授为本文的通讯作者，西部（重庆）科学城种质创制大科学中心/西南大学为第一完成单位，本研究得到了国家自然科学基金面上项目、中国博士后科学基金、重庆市博士后科学基金等项目的支持。