PBAN调控棉铃虫糖转运蛋白参与性信息素合成的分子机制解析

Pheromone Biosynthesis Activating Neuropeptide (PBAN) is a neuropeptide which regulates the sex pheromone biosynthesis in moths. PBAN role is via G-coupled protein receptor signal transduction pathway to mediate the biosynthesis of fatty acid precursor and fatty acid, therefore mediating sex pheromone biosynthesis. Our previous study confirmed that PBAN mediated sex pheromone biosynthesis by calcineurin to activate acetyl-CoA carboxylase, therefore to regulate fatty acid biosynthesis. However, the study concerning PBAN regulation of the fatty acid precursor biosynthesis still remain elusive. Our previous study also demonstrated that 4 sugar transporters were regulated by PBAN via phosphorylation/dephosphorylation, however the detailed mechanisms of PBAN regulation of sugar transporters are unknown. In this study, the molecular characterization, sugar transported activity of sugar transporter, the effect of sugar transporter on sex pheromone biosynthesis and PBAN-regulated mechanism of sugar transporter will be studied using RNAi、fluorescence localization, immunoprecipitation, GC/MS methods and so on by using Helicoverpa armigera as model. This study not only illuminate the molecular mechanism of PBAN-regulated sex pheromone biosynthesis and understand the scientific significance of diet supplement on insect development, but also provide scientific base for screening new target of pest control.

性信息素合成激活肽（Pheromone Biosynthesis Activating Neuropeptide，PBAN）是调控蛾类性信息素生物合成的神经激素。其作用方式是通过调控脂肪酸前体和脂肪酸的合成来实现的。前期研究证实，PBAN通过钙调磷酸酶激活乙酰辅酶A羧化酶从而调控脂肪酸的合成。然而对PBAN如何调控脂肪酸前体合成的研究还处于空白。本申请项目前期工作中首次发现4个受PBAN调控的糖转运蛋白及其磷酸化变化，然而详细的调控机制尚不明了。本项目以农业害虫棉铃虫为材料，拟采用RNAi、荧光定位、免疫沉淀、GC/MS等生理生化和分子生物学方法，对性信息素腺体糖转运蛋白的分子特性、糖转运活性，对性信息素合成的影响及PBAN对其调控的分子机制进行深入研究。该研究不仅丰富PBAN对性信息素合成调控的分子机制、理解昆虫补充营养对昆虫发育的科学意义，并为筛选害虫防治新靶标提供科学依据。

性信息素是由雌蛾合成和释放的，用于远距离召唤雄蛾，从而实现两性相聚。性信息素的生物合成和释放是由性信息素合成激活肽（Pheromone Biosynthesis Activating Neuropeptide，PBAN）来精细调控的。研究证实，PBAN通过钙调磷酸酶激活乙酰辅酶A羧化酶从而调控脂肪酸的合成。然而对PBAN如何调控脂肪酸前体合成的研究还处于空白。本项目以棉铃虫为研究模式，研究了PBAN调控性信息素腺体中糖的吸收和利用的分子机制，主要结果如下：1）海藻糖转运蛋白基因在棉铃虫性信息素释放高峰期大量表达。利用PBAN处理性信息素腺体导致乙酰辅酶A的含量显著升高，暗示了PBAN调控了乙酰辅酶A的生物合成。2）利用RNAi降低海藻糖转运蛋白转录水平的表达导致性信息素腺体中的海藻糖、乙酰辅酶A和性信息素的含量显著下降。PBAN通过招募蛋白激酶C (PKC)从而调控了海藻糖转运蛋白的活性，从而为性信息素的生物合成提供原料。3)丙酮酸激酶（PYK）基因表达水平下降导致PGs中丙酮酸和乙酰辅酶a水平显著降低，从而导致性信息素的产量、雌性吸引雄性的能力和交配频率显著降低。进一步研究表明，PBAN通过Ca2+/PKC激活PYK，从而调节丙酮酸和随后乙酰辅酶A的合成，确保性信息素前体的供应，最终促进性信息素的生物合成和随后的交配行为。 4) 降低己糖激酶（HK）的表达阻止了PBAN诱导的乙酰辅酶A含量的增加，导致性信息素产量、雌性吸引雄性的能力和交配率显著降低。进一步研究表明，PBAN信号通过蛋白激酶A（PKA）磷酸化激活HK，进而促进糖酵解以确保乙酰辅酶A的供应，最终促进性信息素的生物合成和随后的交配行为。5）在雌性信息素腺中降低海藻糖酶（Treh1或Treh2）基因的表达导致性信息素产量、雌性吸引雄性的能力和成功交配比例显著降低。进一步研究证实，PBAN通过招募cAMP/PKA信号激活Treh1/2活性，促进糖酵解以确保乙酰辅酶A的供应，并最终促进性信息素的生物合成和交配行为。该研究不仅丰富PBAN对性信息素合成调控的分子机制、理解昆虫补充营养对昆虫发育的科学意义，并为筛选害虫防治新靶标提供科学依据。