Abstract Seasonal polyphenism enables organisms to adapt to environmental challenges by increasing phenotypic diversity. Cacopsylla chinensis exhibits remarkable seasonal polyphenism, specifically in the form of summer-form and winter-form, which have distinct morphological phenotypes. Previous research has shown that low temperature and the temperature receptor CcTRPM regulate the transition from summer-form to winter-form in C. chinensis by impacting cuticle content and thickness. However, the underling neuroendocrine regulatory mechanism remains largely unknown. Bursicon, also known as the tanning hormone, is responsible for the hardening and darkening of the insect cuticle. In this study, we report for the first time on the novel function of Bursicon and its receptor in the transition from summer-form to winter-form in C. chinensis . Firstly, we identified CcBurs- α and CcBurs- β as two typical subunits of Bursicon in C. chinensis , which were regulated by low temperature (10°C) and CcTRPM . Subsequently, CcBurs- α and CcBurs- β formed a heterodimer that mediated the transition from summer-form to winter-form by influencing the cuticle chitin contents and cuticle thickness. Furthermore, we demonstrated that CcBurs-R acts as the Bursicon receptor and plays a critical role in the up-stream signaling of the chitin biosyntheis pathway, regulating the transition from summer-form to winter-form. Finally, we discovered that miR-6012 directly targets CcBurs-R , contributing to the regulation of Bursicon signaling in the seasonal polyphenism of C. chinensis . In summary, these findings reveal the novel function of neuroendocrine regulatory mechanism underlying seasonal polyphenism and provide critical insights into insect Bursicon and its receptor.

Abstract Temperature determines the geographical distribution of organisms and affects the outbreak and damage of pests. Insects seasonal polyphenism is a successful strategy adopted by some species to adapt the changeable external environment. Cacopsylla chinensis (Yang & Li) showed two seasonal morphotypes, summer-form and winter-form, with significant differences in morphological characteristics. Low temperature is the key environmental factor to induce its transition from summer-form to winter-form. However, the detailed molecular mechanism remains unknown. Here, we firstly confirmed that low temperature of 10°C induced the transition from summer-form to winter-form by affecting the cuticle thickness and chitin content. Subsequently, we demonstrated that CcTRPM functions as a temperature receptor to regulate this transition. In addition, miR-252 was identified to mediate the expression of CcTRPM to involve in this morphological transition. Finally, we found CcTre1 and CcCHS1 , two rate-limiting enzymes of insect chitin biosyntheis, act as the critical down-stream signal of CcTRPM in mediating this behavioral transition. Taken together, our results revealed that a signal transduction cascade mediates the seasonal polyphenism in C. chinensis . These findings not only lay a solid foundation for fully clarifying the ecological adaptation mechanism of C. chinensis outbreak, but also broaden our understanding about insect polymorphism.

Cohesin acetyltransferases Esco1 and Esco2 play a vital role in establishing sister chromatid cohesion. How Esco1 and Esco2 are controlled to achieve this in a DNA replication-coupled manner remains unclear in higher eukaryotes. Here we show that Cul4-RING ligases (CRL4s) play a critical role in sister chromatid cohesion in human cells. Depletion of Cul4A, Cul4B or Ddb1 subunits substantially reduces normal cohesion efficiency. We also show that Mms22L, a vertebrate ortholog of yeast Mms22, is one of Ddb1 and Cul4-associated factors (DCAFs) involved in cohesion. Several lines of evidence suggest a selective interaction of CRL4s with Esco2, but not Esco1. Depletion of either CRL4s or Esco2 causes a defect in Smc3 acetylation which can be rescued by HDAC8 inhibition. More importantly, both CRL4s and PCNA act as mediators for efficiently stabilizing Esco2 on chromatin and catalyzing Smc3 acetylation. Taken together, we propose an evolutionarily conserved mechanism in which CRL4s and PCNA regulate Esco2-dependent establishment of sister chromatid cohesion.

The core of the eukaryotic helicase MCM is loaded as an inactive double hexamer (DH). How it is assembled into two active Cdc45-MCM-GINS (CMG) helicases remains elusive. Here, we report that at the onset of S phase, both Cdc45 and GINS are loaded as dimers onto MCM DH, resulting in formation of double CMG (d-CMG). As S phase proceeds, d-CMGs gradually mature into two single CMG-centered replisome progression complexes (RPCs). Mass spectra reveal that RPA and DNA Pol α/primase co-purify exclusively with RPCs, but not with d-CMGs. Consistently, d-CMGs are not able to catalyze either the unwinding or de novo DNA synthesis, while RPCs can do both. Using single-particle electron microscopy, we have obtained 2D class averages of d-CMGs. Compared to MCM DHs, they display heterogeneous, flexibly orientated and partially loosened conformations with changed interfaces. The dumbbell-shaped d-CMGs are mediated by Ctf4, while other types of d-CMGs are independent of Ctf4. These data suggest CMG dimers as bona fide intermediates during MCM maturation, providing an additional quality control for symmetric origin activation and bidirectional replication.

The S-phase checkpoint plays an essential role in regulation of the ribonucleotide reductase (RNR) activity to maintain the dNTP pools. How eukaryotic cells respond appropriately to different levels of replication threats remains elusive. Here, we have identified that a conserved GSK-3 kinase Mck1 cooperates with Dun1 in regulating this process. Deleting MCK1 sensitizes dun1Δ to hydroxyurea (HU) reminiscent of mec1Δ or rad53Δ. As a kinase at the downstream of Rad53, Mck1 does not participate in the post-translational regulation of RNR as Dun1 does, but Mck1 can release the Crt1 repressor from the promoters of RNR2/3/4 by phosphorylation. Meanwhile, Hug1, an Rnr2 inhibitor, is induced to fine-tune the dNTP levels. When cells suffer a more severe threat, Mck1 can inhibit the transcription of HUG1. Importantly, only a combined deletion of HUG1 and CRT1, can confer a dramatic boost of dNTP levels and the survival of mck1Δdun1Δ or mec1Δ cells assaulted by a lethal dose of HU. These findings reveal the division-of-labor between Mck1 and Dun1 at the S-phase checkpoint pathway to fine-tune dNTP homeostasis