嗜虫书虱类胰岛素信号途径及其对生殖适应性的调控作用

Liposcelis entomological are serious pests insect of stored commodities for new risk for grain and food safety in worldwide owing to its high resistance and reproductive. Insect insulin like peptide have an important role in regulating insect growth and development. Base on the results of transcriptome analysis for Liposcelis entomological, the key genes such as MAPK, InR, ILP1-3 and PI3K in linsulin like peptide pathway will be tested and identified function by genome information prediction, EST sequence and RNAi methods in this project. The linsulin like peptide pathway should be established. The fecundity and reproductive of L. entomological under environment stress will be tested. The small molecular sugars, amino acid and hormone will be analyzed by metabonomics technology. The relationship between insulin like peptide and reproductive fitness of L. entomological should be elucidated. The mRNA expression model of several key genes in linsulin like peptide pathway are researched by qPCR and their regulation roles on metabolism level proteins, sugars and other materials related with reproductive are clarified with RNAi or CRISPR. The regulation role of inuslin like peptide pathway on reproductive fitness of L. entomologica should be confirmed. The results will have significant meaning and practical reference value to elucidate the outbreak mechanism of psocid and develop novel target of biogenic insecticide.

嗜虫书虱由于较高抗逆性和繁殖率而成为危及世界粮食和食品安全的经济害虫之一。昆虫类胰岛素肽类对昆虫生长发育具有重要的调节作用。本项目拟在分析嗜虫书虱转录组的基础上，用基因组信息预测、EST序列和RNAi技术测定嗜虫书虱体内的类胰岛素通路相关基因MAPK 、InR、ILP1-3、PI3K等及其功能验证，构建嗜虫书虱类胰岛素信号通路；研究环境胁迫下嗜虫书虱的生殖率和繁殖率；利用代谢组学技术测定与生殖相关的小分子糖、氨基酸等物质代谢水平的变化，阐明嗜虫书虱环境胁迫下生殖适应性与类胰岛素通路之间的关系；利用qPCR技术和基因干涉（沉默）技术研究类胰岛素通路中相关基因在嗜虫书虱的表达模式和对生殖适应性相关的蛋白和物质代谢的影响，确定类胰岛素通路对嗜虫书虱生殖适应性的调控作用，研究结果对于补充昆虫神经内分泌的调控理论的补充，对阐明书虱等仓储害虫成灾机理和开发新靶标生物农药具有重要的参考意义和实践意义。

本项目针对目前粮食储藏过程中书虱频繁爆发，对“三低”储粮环境中嗜虫书虱聚集爆发成灾的现象进了科学问题：嗜虫书虱为什么会爆发?什么因素导致了期产生了生殖适应性？主要内容包括温度对嗜虫书虱生殖适应性的研究，确定了胁迫处理温度高于14 ℃时，嗜虫书虱会产生生殖适应性；研究了类胰岛素和饥饿处理对嗜虫书虱的生殖力的卵黄蛋白基因的表达有显著的影响，外源类胰岛素处理通过胰岛素信号通路中LeAkt，LeERK，LeILP1，LeILP2，LeILP7的正常表达可影响嗜虫书虱的生殖力。饥饿处理后胰岛素信号通路中LeAkt，LeERK，LeILP1，LeILP2，LeILP7这些基因的表达也会受到影响。 对胰岛素信号通路的相关的基因LeAkt和LeERK进行了RNA干扰和功能分析，结果表明表明LeAkt和LeERK的沉默后，雌成虫的卵孵化率与对照组相比分别降低了42.2%和60.5%，严重影响嗜虫书虱的产卵量以及孵化率，造成一定的死亡率，影响Vg基因的正常表达，从而参与嗜虫书虱的生殖。另外发现LeAkt沉默后保幼激素信号途径中LeJHAMT、LeMet和LeKr-h1的mRNA水平分别下降76.8%、86%和63.2%。说明了LeAkt敲除导致JH生物合成的急剧减少。而且还发现LeAkt沉默的嗜虫书虱组中，海藻糖的含量明显下降。然而，葡萄糖和糖原的含量并没有明显的变化。本项目研究了卵黄发生过程中的关键基因：卵黄原蛋白受体基因（VgR)和卵黄原蛋白基因（Vg）。克隆并分析该基因和编码的蛋白质的基本特性，初步探讨了LeVgR和LeVg在嗜虫书虱生殖中的作用。LeVgR只在卵巢中表达。LeVg在雌成虫体内有特异性表达；基因功能研究表明卵黄原蛋白受体和卵黄原蛋白在嗜虫书虱的生殖中起必不可少的作用。JH III的浓度为1.0和10 μg/μL时，保幼激素处理能显著上调LeVg的转录表达。JH信号通路关键基因LeMet和Kr-h1对雌成虫进行点滴处理。结果表明Kr-h1是Vg和VgR的早期诱导基因，同时也说明了JH信号通路很可能在嗜虫书虱的生殖调控中起着非常重要的作用。. 本项目发表论文10篇，其中SCI论文5篇。研究的结果对于类胰岛素对昆虫的生殖调控的研究具有十分重要的意义，对于揭示嗜虫书虱的猖獗为害的分子机理具有重要的参考价值。