蜕皮激素调控飞蝗PGRPs介导的免疫反应机制

20-Hydroxyecdysone (20E) plays an important role in regulating innate immunity. Peptidoglycan recognition proteins (PGRPs) are initiators of innate immune responses in insects, but the mechanism of 20E triggered PGRPs regulates immune response was not clearly understood. In this study, based on our previous transcriptome data of Locusta migratoria, the following work will be carried out: the digital gene expression profiling of L. migratoria treated with 20E will be measured, the family genes of PGRP will be filtered that responded to 20E; the expression pattern of PGRPs against pathogens and response model to 20E will be analyzed by means of qRT-PCR and immunohistochemistry; the regulative way of 20E to PGRPs will be studied via treatment of protein synthesis inhibitors and RNAi of 20E receptors EcR and USP; the effect of 20E on immune response will be detected after infection of pathogens, that will be also studied by RNAi of PGRPs; the influence of 20E to immune response will be verified by using the beginning and end of 5th instar larvae. The results will be helpful to understand the mechanism of 20E triggered PGRPs regulates immune response in Locusta migratoria, also provide foundation of research of 20E regulates the whole immune system, and finally propose new idea of pollution-free pest control.

蜕皮激素在调控昆虫先天免疫方面起重要作用。肽聚糖识别蛋白介导昆虫先天免疫反应，但蜕皮激素调控肽聚糖识别蛋白影响免疫反应的机制尚有待深入研究。本项目拟在全面分析已有飞蝗转录组数据库的基础上，开展如下工作：1、测定蜕皮激素处理后飞蝗的数字基因表达谱，筛选响应蜕皮激素的肽聚糖识别蛋白家族基因；2、采用免疫组化结合qRT-PCR测定肽聚糖识别蛋白对病原物的表达模式及对蜕皮激素的响应模式；3、通过蛋白合成抑制剂处理与干扰蜕皮激素受体EcR、USP，确定蜕皮激素对肽聚糖识别蛋白的调控方式；4、测定病原物入侵后蜕皮激素对飞蝗免疫反应的作用；5、沉默肽聚糖识别蛋白，检测蜕皮激素对肽聚糖识别蛋白介导的免疫反应的影响；6、用5龄初、末期飞蝗验证蜕皮激素对免疫反应的影响。研究结果可明确蜕皮激素调控飞蝗肽聚糖识别蛋白介导的免疫反应机制，为揭示蜕皮激素对飞蝗整体免疫系统的调控机理奠定基础，为飞蝗绿色防控提供新思路。

先前的研究表明蜕皮激素在调控昆虫免疫反应中起重要作用。但是在完全变态昆虫，关于蜕皮激素调控免疫反应存在着冲突的结论，如在果蝇中，蜕皮激素抑制抗菌肽基因的表达，而在家蚕中，蜕皮激素促进先天免疫的发生。尽管如此，在不完全变态昆虫中蜕皮激素对免疫反应的调控作用以及调控机制还没有被揭示。所以本研究以不完全变态模式昆虫飞蝗为研究对象，对蜕皮激素在调控不完全变态昆虫免疫反应中的作用进行研究。本研究中通过测定蜕皮激素处理后飞蝗脂肪体的转录组及差异数字基因表达谱，筛选到了响应蜕皮激素的免疫信号通路基因，其中模式识别蛋白中的肽聚糖识别蛋白PGRP-SA和PGRP-LE，革兰氏阴性菌结合蛋白GNBP3，和抗菌肽中的防御素defensin，双翅肽diptericin以及溶菌酶 i-type lysozyme均受蜕皮激素的诱导。同样在飞蝗内源蜕皮激素水平上以上模式识别蛋白以及抗菌肽基因也受内源蜕皮激素的诱导上调表达。血淋巴中抗菌肽活性在外源及内源蜕皮激素的诱导下均有增强效应。通过RNAi的手段沉默蜕皮激素信号通路受体基因EcR后，无论是外源还是内源蜕皮激素均不能诱导模式识别蛋白和抗菌肽基因的表达，并且干扰蜕皮激素EcR后，飞蝗抵御绿僵菌的侵染能力下降。当干扰PGRP-SA后，抗菌肽基因的表达量下降，同时血淋巴的抗菌活性降低，内外源蜕皮激素也不能诱导抗菌肽基因的表达。本研究结果表明蜕皮激素可以促进不完全变态昆虫免疫反应的发生，其通过与受体EcR结合调控PGRP-SA的表达，进一步调控飞蝗体液免疫反应中抗菌肽的表达。实验结果不仅揭示了蜕皮激素调控飞蝗体液免疫中抗菌肽产生的作用机理，而且为全面了解蜕皮激素系统性调控飞蝗免疫反应机理奠定基础，同时也为基于害虫激素系统与免疫系统为靶标的害虫防控提供新的思路。