Single-cell and spatial transcriptomics define 20E-driven developmental reprogramming in silkworm wing disc

生物 细胞命运测定 细胞生物学 形态发生 发育生物学 重编程 器官发生 基因调控网络 影像盘 基因 转录组 基因表达调控 基因表达 转录因子 进化生物学 模式生物 信号转导 细胞分化 计算生物学 命运图 电池类型 遗传学 昆虫 斑马鱼 细胞 细胞信号 基因表达谱 再生(生物学) 黑腹果蝇 Notch信号通路 解剖 活体细胞成像 神经嵴 干细胞 抄写(语言学)
作者
Qingsong Liu,Mingmin He,Hao Chen,Yongfen Zhang,Wanshun Li,Xue Zhang,Xiaoyang Wang,Hongyan Li,Hongni Li,Dongsheng Ran,Zhangchen Tang,Yanan Wu,Lin Zhu,Xi Zhang,Guoli Li,Longxing Wang,Xiangyu Cai,Jian He,Xiong Liu,Feng Xi
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
标识
DOI:10.1038/s41467-026-69518-6
摘要

Insect wing development involves tissue patterning, cell fate transitions, and hormone signaling, yet its spatiotemporal logic remains unclear. The silkworm, with large wing discs and defined stages, provides an ideal model for high resolution analysis. Here, we construct a spatiotemporal single-cell atlas of the silkworm wing disc across 10 timepoints, identifying 12 major cell types and their developmental transitions. Wing morphogenesis (Wm) cells act as central progenitors, differentiating into epithelial and cuticle lineages under lineage-specific transcription factors. Time‑resolved snRNA‑seq reveals hierarchical transcriptional reprogramming, with Wm cells functioning as early signaling hubs. Functional modules and signaling pathways were activated in spatiotemporal controlled manner. 20‑hydroxyecdysone treatment rapidly accelerates fate transitions and gene expression, recapitulating natural development within hours. Integration of morphology, hormone levels, and gene expression supports a five-stage Gene Transition Model describing progressive fate resolution. This work reveals wing development in silkworm and provides insights into hormone-driven organogenesis and potential manipulation of insect development in agriculture.
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