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保幼激素促进卵黄发生与卵形成的分子机理

周树堂

  保幼激素(juvenile hormone,JH)既在昆虫幼虫阶段拮抗蜕皮激素的作用而决定昆虫蜕皮或变态外,还在昆虫成虫羽化后促进生殖,但对JH促进生殖的分子机制仍缺乏了解。飞蝗是重要农业害虫,有很强的繁殖能力,它的卵巢属于无滋式,即卵小管没有滋养细胞或滋养丝,卵成熟所需的卵黄原蛋白(Vg)等由脂肪体合成,通过血淋巴和卵泡细胞的胞间通道运送到成熟过程中的卵母细胞。我们提出并验证了JH/Met/Kr-h1信号通路既抑制昆虫从幼虫到蛹或成虫的变态,也促进昆虫成虫生殖的假说。发现JH诱导Met与Taiman(Tai)结合为功能复合体,调控Kr-h1的转录,Kr-h1 RNAi在Vg表达、脂滴积累、卵母细胞成熟、卵巢发育的表型与JH缺失和Met基因沉默后的表型相似。飞蝗Tai有两个isoforms,Tai-A在其COOH末端具有组氨酸与脯氨酸富集的INDEL-1/PRD结构域,而Tai-B则没有该结构域。脂肪体中Tai-A比Tai-B的mR NA水平高50倍左右,RNA干扰Tai-A导致脂肪体中Vg表达水平大幅度降低,卵巢发育受到显著抑制,而RNA干扰Tai-B则没有上述的显著水平,表明具有INDEL-1/PRD结构域的Tai-A在卵黄生成和卵子发生中发挥关键作用。通过免疫共沉淀和荧光素酶报告分析等实验,我们发现INDEL-1/PRD能够显著促进Met/Tai对靶基因的调控作用,是Tai作为JH受体二聚体的重要结构域。我们还发现,JH-Met/Tai通过对DNA复制解旋酶基因Mcm4、Mcm7和细胞周期基因Cdc6的转录调控,提高脂肪体细胞的多倍性,进而促进卵黄原蛋白的大量合成和多个卵的同步成熟。研究结果揭示了保幼激素促进昆虫生殖的一个重要机制。……