bHLH-PAS家族蛋白与营养在飞蝗生殖中的作用

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飞蝗是主要的农业害虫。现已知,飞蝗羽化后的生殖过程受到其体内的一种重要的激素即保幼激素(juvenile hormone,JH)的直接调控,然而JH控制飞蝗成虫生殖的具体分子作用机制尚不清楚。在其它昆虫中(比如蚊子、家蚕和赤拟谷盗等)的研究结果发现:JH的细胞核受体是Met(Methoprene-tolerant);在JH存在的情况下,Met自身形成的同源二聚体分离成单体,分离得到的单体随即与Tai(Taiman)形成异源二聚体继而调控下游基因(如Kr-h1)的转录与表达。  为了明确JH调控飞蝗生殖的分子机制为防治蝗虫灾害提供可能的方法,我们采用基因敲降、测序及蛋白表达分析等实验方法在群居型飞蝗中的研究结果发现:飞蝗体内的Tai存在两个同源异构体,即Tai-A(GenBank no:KU315327)与Tai-B(GenBank no:KU315328)。Tai-A与Tai-B皆广泛表达于脂肪体,卵巢、中肠、后腿、脑及表皮等组织中,但在脂肪体与卵巢中,Tai-A的表达明显高于Tai-B。干扰Tai-A与总Tai皆可抑制卵巢发育与卵母细胞成熟,并抑制脂肪体中卵黄蛋白原(Vitellogenin,Vg)mRNA的表达水平。干扰Tai-B后,卵巢、卵小管和卵泡上皮细胞发育并未受抑制。Tai-A比Tai-B的序列中多了一段插入缺失(INDEL-1)区域。在JH存在的情况下,Tai-A与Tai-B都可以与Met形成稳定的异源二聚体,INDEL-1区域不影响依赖于JH的Tai与Met之间的相互作用。但INDEL-1区域却可以影响Tai的转录激活能力,含有INDEL-1区域的Tai-A比不含有INDEL-1区域的Tai-B更强地激活了下游Kr-h1基因的转录。由以上结果可以说明:Tai-A在调控飞蝗的生殖过程中更为重要。  Met和Tai同属于bHLH-PAS家族,该家族成员通常是以同源或是异源二聚体的形式发挥功能,我们对bHLH-PAS家族另外三个成员cycle,clock,tango基因也都进行了编码区(coding region,CDS)克隆及功能分析。在JH存在的情况下,Met除了可以同Tai相互作用外,还可以同Cyc、Clk、Tgo分别发生相互作用进而启动下游目的基因的转录。cycle,clock被干扰后飞蝗的存活率受到严重影响,卵巢发育、卵母细胞成熟受到抑制,脂肪体中Vg表达量明显降低,cycle,clock同时被干扰的表型比将其中任何一个单独被干扰的表型更为明显。Cyc、Clk在飞蝗羽化后的发育与生殖过程中都发挥了重要的作用。  以上结果表明:在JH参与调控的飞蝗生殖信号通路中,Met是很重要的过程参与蛋白,通过在不同过程中与不同蛋白相互作用,协同完成不同信号通路对于飞蝗生殖过程的调控。因此Met可能会成为蝗虫防治的一个介入点。  另外我们还发现:营养信号通路与JH信号通路的协同作用保证了飞蝗在羽化后完成正常的卵子发生与卵黄发生过程。在营养充足条件下,飞蝗的体重与脂肪体重量在羽化后0到6天迅速增加,之后保持稳定,卵巢重量在羽化后0到10天持续增加。脂肪体中糖原、葡萄糖与海藻糖的变化趋势基本一致,羽化后4天与10天的达到峰值,飞蝗羽化后血淋巴中总糖(葡萄糖与海藻糖)水平较稳定。在营养限制条件下,飞蝗发育缓慢。体重、脂肪体、卵巢的重量明显低于对照组。能量存储,如脂肪体与卵巢中糖原与甘油三酯含量更少,血淋巴中的总糖浓度也低于对照组的飞蝗。营养条件的差异还可以导致Met,InR,TOR,ALS的mRNA表达水平呈现差异表达。  综上,JH参与调控的飞蝗生殖过程不仅受到飞蝗体内各种因素的调节及各种基因的调控,同时也会受到外部因素(比如营养条件)的影响。由此可见,飞蝗的生殖调控是一个复杂的生理过程。
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