斜纹夜蛾精巢融合的分子调控研究

The testicular fusion is exclusively reported in Lepidopteran insect. Our study on Spodoptera litura found that the unfused testis led to a significant decrease in the total number of sperm bundles at pupal stage. Mating with an unfused testis male significantly decreased the hatch rate of eggs. Therefore, the testicular fusion might play an important role in the reproductive function of the Spodoptera litura. In this proposal, we will investigate: 1) The morphological changes of testis sheath during the fusion stage; 2) The expression profiles of genes before and after the testicular fusion at the mRNA and protein level; 3) The expressions and functional analysis of the key factors for testicular fusion; 4) The hormone regulation of those key factors. Through these studies, we aim at understanding the morphological change of the testis sheath during testicular fusion stage, and finding out the key factors and their signaling pathways for the testicular fusion, finally suggesting the molecular mechanism and its regulation of the testicular fusion in Spodoptera litura. This study will reveal testicular fusion’s mechanism and its important role in the male reproductive function of Lepidopteran insect. Furthermore, this study will provide a new way for pest control using male sterility method.

精巢融合是鳞翅目昆虫所特有的现象。我们前期通过显微手术方法发现鳞翅目夜蛾科斜纹夜蛾的精巢在不融合后, 精子束总数比对照明显减少；雌虫与精巢不融合的雄虫配对后，其产卵的孵化率显著下降。说明精巢不融合会使雄性繁殖力下降，从而导致受精卵孵化率下降，提示精巢融合对斜纹夜蛾生殖具有重要影响。本项目拟通过1）斜纹夜蛾融合期精巢围巢膜结构变化；2）精巢融合前后围巢膜基因、蛋白的表达分析；3）精巢融合关键基因的表达及功能; 4）精巢融合关键基因的激素调控这四方面的研究，明确精巢融合时围巢膜的结构变化；找到与精巢融合相关的关键基因、蛋白及重要的信号通路；证明精巢融合关键基因的功能，提出精巢融合的分子调控机理；阐释激素20E对精巢融合的基因调控。研究结果有助于揭示鳞翅目昆虫精巢融合的分子机理、激素调控及精巢融合对雄性生殖发育的意义。该研究可为以雄性不育为策略、专一的害虫防治新方法和新技术提供理论指导。

精巢融合是鳞翅目昆虫所特有的现象。我们前期通过显微手术方法发现鳞翅目夜蛾科斜纹夜蛾的精巢在不融合后, 精子束总数比对照明显减少；雌虫与精巢不融合的雄虫配对后，其产卵的孵化率显著下降，说明精巢不融合会使雄性繁殖力下降，从而导致受精卵孵化率下降，提示精巢融合对斜纹夜蛾生殖具有重要影响。本项目主要通过研究1）斜纹夜蛾融合期精巢围巢膜结构变化，采用了光镜及电镜手段；2）精巢融合前后精巢转录组，围巢膜蛋白组（iTRAQ）的表达分析；3）精巢融合关键基因的表达及功能，对精巢融合的分子机理进行了阐述。结果表明1）精巢融合时围巢膜的结构发生变化，主要是融合前期融合面外层基膜的改变，左右精巢接触后能融合为完整的结构；2）找到一些与精巢融合相关的关键基因、蛋白，最重要的就是与胞外基质（ECM）重塑相关的基因与蛋白，如胶原蛋白IV型(collagen IV), ECM相关结合蛋白 mucin, lectin, ECM受体整联蛋白integrin, ECM 降解酶基质金属蛋白酶Mmp和去整合素基质金属蛋白酶ADAMs，细胞骨架蛋白及候选的未知蛋白等，其中的整联蛋白β，肌动蛋白，jupiter等蛋白在精巢融合期的融合面有较高的表达；3）用CRISPR/CAS9敲除mmp2蛋白后，雄虫出现精巢不融合的表型，与野生型雌虫配对卵孵化率极低，说明mmp2是一种精巢融合的关键蛋白，并影响了精巢功能。会进一步对mmp2的转录调控进行研究，也会继续挖掘其他与融合相关的关键蛋白。研究结果初步揭示了鳞翅目昆虫精巢融合的分子机理，表明精巢融合对雄性生殖发育的意义。该研究可为以雄性不育及重要的信号通路为策略、专一的害虫防治新方法和新技术提供理论指导。