转录因子BmPOU和BmAbd-A对家蚕变态发育的调控机理

In previous study, we demonstrated that BmPOUM2 and BmAbd-A were involved in the regulation of wing disc cuticle protein gene BmWCP4 in the silkworm, Bombyx mori(Deng et al., Insect Mol.Biol.,2011; PNAS,2012). In this study, we will continue to study the molecular regulation mechanism of hormonal signal transduction pathway on the expression of BmWCP4 using pupa-specific BmWCP4 as a study model at molecular and developmental levels. The contents of the study include: 1)the analysis of BmPOUM2 mRNA splicing mechanism. 2)the function of BmPOUM2-S during the development of the silkworm. 3)the interaction between the transcription factors BmPOUM2 and BmAbd-A. 4) identification of other transcription factors involved in the interaction with BmAbd-A. The study will focus on the mechanism of hormonal regulation of BmWCP4 and the results derived from the study will have important significance for explaining the mechanism of metamorphosis of insects.

在前期工作中，我们已证明家蚕翅原基表皮蛋白基因BmWCP4基因受BmPOUM2和BmAbd-A调控（Deng et al., Insect Mol.Biol.,2011; PNAS,2012）。本项目继续以家蚕为研究对象，以受蜕皮激素和保幼激素调控的蛹期专一表达的翅原基表皮蛋白BmWCP4基因为工作模型，采用分子生物学和发育生物学等方法，研究昆虫激素信号传导途径对变态发育调控的分子机理。研究内容包括：1）BmPOUM2 mRNA剪切机理的分析；2）BmPOUM2-S在家蚕生长发育过程中的生理作用；3）核转录因子BmPOUM2与BmAbd-A的相互作用；4）与BmAbd-A相互作用的其它核蛋白因子的鉴定。本研究以翅原基表皮蛋白基因BmWCP4基因表达的激素调控为切入点，对阐释昆虫变态发育分子调控机制这一科学问题具有重要的理论意义。

本项目以家蚕为研究对象，以受蜕皮激素和保幼激素调控的蛹期专一表达的翅原基表皮蛋白BmWCP4基因为工作模型，采用分子生物学和发育生物学等方法，研究昆虫激素信号传导途径对变态发育调控的分子机理。研究结果表明：1）在BmN细胞中超表达BmBR-C Z4可显著增强BmPOUM2启动子活性，并诱导BmPOUM2 mRNA和蛋白的表达；2）突变BmPOUM2启动子上的-684~-660位点可显著降低启动子活性，该区域可与BmBR-C Z4蛋白特异结合；3）BmPOUM2存在两个转录本BmPOUM2-L和BmPOUM2-S，与BmPOUM2-L相比，BmPOUM2-S缺少了包含细胞核定位信号和POU-homeodomain的114个氨基酸；4）BmPOUM2-L主要在幼虫至蛹期的变态发育期和蛹期翅原基组织中表达，BmPOUM2-S主要在幼虫期翅原基和成虫翅中表达；5）20E可诱导BmPOUM2-L的表达，而不能诱导BmPOUM2-S的表达；BmPOUM2-L定位在细胞核中，且可与BmAbd-A在细胞核互作，共激活了BmWCP4的表达；6）BmPOUM2-S单独定位在细胞质中，与BmAbd-A互作后可从细胞质进入细胞核，并抑制了BmPOUM2和BmAbd-A对BmWCP4的正激活作用；7）BmPOUM2-L和BmPOUM2-S的POU-Specific domain是与BmAbd-A相互作用的区域，其中的6个氨基酸(K166、Q176、G188、S192、E200 和 N208)是两个蛋白相互作用所必须的；8）BmAbd-A中的低复杂重复区域2和homeobox结构域分别参与了与BmPOUM2的结合，而这两个结构域中的氨基酸（Phe156/248、His158/250、Ala175/263、Cys180/265、Glu190/268、Trp196/274 和Val214/289）参与了与BmPOUM2的结合；9）初步鉴定出Sqd、BmP、tra-2和hnRNPA1可能参与BmPOUM2的选择性剪接。上述研究结果进一步阐明了蛹期专一表达的翅原基表皮蛋白基因BmWCP4的转录机制，为阐释昆虫翅变态发育分子调控机制提供了重要的实验证据。