蛻皮激素3位異構化途徑在家蠶胚胎髮育中的作用

《蛻皮激素3位異構化途徑在家蠶胚胎髮育中的作用》是依託重慶大學，由張澤擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：蛻皮激素3位異構化途徑在家蠶胚胎髮育中的作用
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張澤
• 依託單位：重慶大學

中文摘要

蛻皮激素規律性滴度變化是昆蟲胚胎髮育的關鍵因素之一。已有的研究表明蛻皮激素22位磷酸化途徑合成了昆蟲胚胎髮育所需的蛻皮激素。除了該途徑外還有冗餘的其它途徑可以生成蛻皮激素以確保昆蟲胚胎髮育的穩健性和有效調控胚胎髮育進程嗎？我們的初步研究發現家蠶蛻皮激素3位異構化途徑可能參與了家蠶早期胚胎髮育所需蛻皮激素的活化。本項目將在此基礎上系統開展家蠶蛻皮激素3位異構化途徑基因表達模式、生化途徑證明和相應功能研究，該項目的實施和完成可望第一次揭示蛻皮激素3位異構化途徑在家蠶（鱗翅目昆蟲）早期胚胎髮育中的作用及其分子機制，其研究成果不僅可以拓展我們對昆蟲蛻皮激素代謝和調控機制的認知，有重要基礎理論意義，而且還有助於實現對家蠶生長發育的人工控制和其它鱗翅目害蟲的防治技術開發，有重要實踐意義。

結題摘要

蛻皮激素是由昆蟲前胸腺合成並分泌的，但有研究表明昆蟲的早期胚胎髮育是不受前胸腺控制的，而且昆蟲卵內高量的蛻皮激素在前胸腺形成之前就已經存在。因此，這一時期胚胎髮育所需的蛻皮激素應該是由其它途徑產生的。卵形成於其母體的卵巢內，所以有可能是母體將蛻皮激素儲存在卵內，以供後代胚胎髮育的需要。但是，目前對於這方面的研究還不是很清楚。本項目發現在家蠶蛹期，蛻皮激素3位異構化途徑的關鍵基因——蛻皮激素氧化酶（Ecdysone oxidase，EO）具有明顯的雌卵巢偏好性表達，該途徑上其它基因在該時期均為低量表達，說明由蛻皮激素3位異構化途徑產生的中間體3-脫氫蛻皮激素（3-dehydroecdysone，3DE）不能被進一步轉化，而在蛹內高量積累。接著，我們利用RNA干擾的方法研究雌蛹內EO基因的功能，發現EO基因表達水平的降低對蛹以及卵巢的發育沒有影響，但是其子代卵內蛻皮激素水平被降低，孵化率也有顯著降低，注射EO的產物3DE能夠提高子代孵化率。3DE-3β-還原酶（3DE -3β-reductase）可以將3DE可逆催化為活性蛻皮激素。在胚胎髮育時期，我們降低3DE -3β-reductase基因的表達同樣導致卵內蛻皮激素水平以及孵化率的降低。以上的結果表明蛻皮激素3位異構化途徑在家蠶早期胚胎髮育所需蛻皮激素的活化過程中發揮重要作用。EO是蛻皮激素失活途徑的限速酶，該基因表達水平的變化都會影響昆蟲正常的發育進程。因此研究該基因的調控機制就顯得尤為重要。我們的結果發現EO能夠直接降解蛻皮激素，同時它的表達也是受到蛻皮激素調控的。進一步利用螢光素酶報告系統，凝膠遷移實驗和染色質免疫共沉澱等方法表明EO基因的表達受蛻皮激素回響轉錄因子E74A的調控。通過RNAi降低家蠶E74A基因表達水平，導致EO基因表達的降低，而後者的降低則會影響蛻皮激素的代謝。在此基礎上，我們發現EO基因上游調控區域有一個轉座子插入，通過截斷實驗證實該轉座子含有一個蛻皮激素相關的轉錄因子結合位點，並且發現該轉座子能夠增強下游基因對蛻皮激素的回響。表型實驗進一步表明具有轉座子插入的家蠶品系在經受食物短缺時發育速度不受影響，而無轉座子插入的品系則會加快發育。該結果表明轉座子介導的EO基因表達水平變化影響了家蠶的變態發育。本課題實施4年來已發表SCI論文6篇。已培養碩士3人、博士生2人。