Hippo-Yki通路调控蚕后部丝腺中的细胞生长和细胞命运

《Insect Biochemistry and Molecular Biology》：The Hippo–Yki pathway governs growth and cell fate in the posterior silk gland of the silkworm

　　

颜马|张志勇|曾文辉|周芳|辛宇|林成|马泽辉|曾启鹏|姜德娜|唐一云|胡杰|赵晨|李小|董克书|朱玉萌|徐汉福

中国西南大学纺织与生物质科学学院蚕桑系资源昆虫国家重点实验室，重庆400715

摘要

家蚕（Bombyx mori）的后部丝腺（PSG）是一种专门用于合成大量丝蛋白纤维素的器官；然而，调控其发育的细胞类型特异性机制仍大多不清楚。利用我们之前构建的单细胞图谱，我们进行了高维加权基因共表达网络分析（hdWGCNA）。分析结果显示，在PSG中存在一个与纤维素合成细胞（FBSs）高度相关的基因模块。通路分析发现Hippo信号通路在该模块中显著富集，其下游转录共激活因子Yorkie (Yki)被确定为排名最高的枢纽基因。值得注意的是，PSG特异性的Yki过表达或敲低从早期幼虫阶段就导致了严重的发育缺陷。转录组分析与细胞反卷积结合表明Yki对于维持FBS群体的转录身份和比例平衡至关重要。我们的研究确立了Hippo–Yki通路作为协调丝腺器官生长和FBS命运指定的核心调控因子，为提高丝绸产量提供了新的遗传学见解。

引言

器官如何实现极端的生物合成能力是生物学中的一个核心问题。家蚕的丝腺（SGs）为此提供了一个引人注目的模型，因为它们专门用于大规模生产丝蛋白（Omenetto和Kaplan，2010）。在驯化的家蚕Bombyx mori（鳞翅目：蚕科）中，后部丝腺（PSG）作为一个极其高效的生物工厂，专门合成核心丝蛋白纤维素（Akai，1983；Grzelak，1995）。这种巨大的产量依赖于PSG的主要细胞类型，即纤维素合成细胞（FBSs）（Ma等人，2024）。因此，了解PSG的生长和FBS身份的调控机制对于分泌生物学的基本研究以及提高丝绸产量具有关键意义。

以往关于丝腺生物学的研究主要依赖于全组织分析（Masuoka等人，2022；Zhou等人，2020），这不可避免地掩盖了不同细胞类型的贡献。因此，驱动PSG生长和功能特化的细胞内在信号仍然难以捉摸。虽然已知激素等系统因素可以调控丝腺的发育（Li等人，2015；Zhao等人，2015；Hu等人，2016），但与这一过程相关的精确细胞类型特异性基因网络尚未明确。最近生成的家蚕丝腺高分辨率单细胞图谱（Ma等人，2024；Ma等人，2022）开始揭示这种细胞异质性。下一步的关键是从描述性框架出发，识别并验证特定细胞群体中的因果调控因子。

为了识别这些因果调控因子，我们选择了进化上保守的Hippo信号通路作为主要候选者，因为它在控制器官大小和细胞命运方面起着基础性作用（Yu等人，2015；Huang等人，2005；Zhong等人，2024）。在家蚕B. mori中，已经鉴定出了Hippo通路的核心成分，包括转录共激活因子Yorkie（Yki）（Zeng等人，2017；Zeng等人，2018；Liang等人，2019）。它们的广泛表达模式表明可能在多种组织中发挥作用。尽管有一项研究表明Yki的过表达可能会影响丝腺的大小（Liu等人，2016），但Yki在PSG中的细胞类型特异性功能、其调控网络以及其对维持FBS身份和群体平衡的必要性仍然完全未知。为了解决这些空白，我们将之前构建的单细胞图谱（Ma等人，2024）的计算挖掘与靶向遗传扰动相结合。我们的目标是识别FBSs的关键调控因子，并严格测试Hippo–Yki通路在PSG发育中起核心的、细胞类型特异性作用的假设。

通过这种方法，我们识别出一个富含Hippo信号通路的FBS相关基因模块，并确定Yki为核心枢纽。利用PSG特异性的遗传操作，我们证明了Yki的功能获得和丢失突变从早期幼虫阶段就导致了PSG的严重发育缺陷。综合转录组分析和细胞反卷积表明Yki对于维持FBSs的转录身份和比例平衡至关重要。因此，我们的工作确立了Hippo–Yki通路作为协调PSG生长和细胞命运指定的关键调控因子。此外，这项研究不仅限于家蚕生物学，还为从描述性单细胞数据向因果性、细胞类型特异性机制发现提供了通用框架。

章节片段

家蚕品系和饲养

野生型（WT）Nistari品系的家蚕B. mori及所有转基因系均保存在西南大学转基因蚕研究实验室。幼虫在标准条件下（25±1°C，70–80%相对湿度）饲养在新鲜的桑叶上。

UAS转基因系的生成

为了实现Yki的PSG特异性过表达（Yki^OE）和敲除（Yki^KO），我们使用了之前建立的PSG特异性Gal4/UAS二元转基因系统（Liu等人，2019）。Yki和对照基因EGFP的编码序列

丝腺中细胞类型特异性共表达网络的构建和表征

为了解析家蚕丝腺的调控景观，我们使用了来自整个丝腺所有主要细胞类型的snRNA-seq数据构建了一个细胞类型特异性的共表达网络。该分析识别出了十二个不同的基因模块（M1–M12）（图1A和B）。五个模块主要与丝蛋白处理区域的细胞类型相关（分解代谢细胞CBCs；能量供应和代谢细胞ESMs；以及上皮细胞重塑细胞ECRs），而七个模块与

讨论

通过整合多组学和功能遗传学，我们的研究提供了关于家蚕丝腺非凡生物合成能力如何源于精确、协调的细胞群体的系统级视角。我们认为这些群体受到分层基因调控网络的调控。这项工作超越了描述性图谱，提出了一个基于细胞群体、分子网络和因果机制的通用框架，以理解复杂器官。

CRediT作者贡献声明

胡杰：研究。赵晨：研究。颜马：写作 – 审稿与编辑，写作 – 原始草稿，方法学，资金获取，正式分析，概念化。姜德娜：可视化。唐一云：研究。曾启鹏：验证。林成：可视化。马泽辉：验证，数据管理。朱玉萌：可视化。周芳：写作 – 原始草稿，可视化，正式分析。徐汉福：写作 – 审稿与编辑，监督，项目管理，

未引用参考文献

CNCB-NGDC成员和合作伙伴，2022；Li等人，2015a；Li等人，2015b；Liu等人，2019a；Liu等人，2019b；Ma等人，2024；Ma等人，2022；Wang等人，2025。

数据可用性

本研究生成的大部分RNA-seq数据已存放在国家基因组数据中心（Chen等人，2021；CNCB-NGDC成员和合作伙伴，2022）的基因组序列档案（GSA）中，BioProject ID为PRJCA046856，访问代码为CRA030481。支持本研究关键发现的所有其他相关数据可在文章及其补充信息文件中找到，或根据合理请求向通讯作者索取。

利益冲突声明

作者声明不存在利益冲突。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金（32272941）、广西科技计划（AB241484024）和中央高校的基本研究基金（SWU-XJPY202309）对H.X.的支持，以及重庆市商务委员会茧丝发展项目（20250305152052389）和重庆市自然科学基金（CSTB2024NSCQ-MSX1290）对Y.M.的支持。