家蚕蛹期专一的翅原基表皮蛋白基因BmWCP4的表达与调控

以家蚕为研究对象，以受蜕皮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，采用生理生化、分子生物学和发育生物学等方法，研究蜕皮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）BmWCP4蛋白在翅原基发育过程中的定位和功能分析； 2）BmWCP4蛋白与几丁质结合活性分析；3）转录因子BR-C、E74、Fork head和E-box对BmWCP4蛹期表达的调控；4）转录因子BmPOUM2与BmAbd-A在调控BmWCP4表达时的相互作用；5）转录因子BmPOUM2调控BmWCP4蛹期专一表达的调控机理。研究将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，并为利用BmWCP4基因蛹期专一表达的特性以延缓蚕蛹发育，解决蚕丝生产中成虫过早破茧而出降低蚕丝质量的重大生产问题提供理论依据和技术支撑。

本研究以家蚕翅原基几丁质蛋白BmWCP4基因为工作模型，采用生理生化及分子生物学等方法，研究了激素信号传导途径对家蚕翅原基几丁质蛋白BmWCP4基因及翅原基发育调控的分子机理。研究结果表明，1） BmWCP4专一性地在化蛹时和蛹中期的翅原基中表达； 2）BmWCP4的R&R结构域是该蛋白与几丁质结合所必须的， 其中的芳香族氨基酸（F,Y）为关键氨基酸，可能共同对与几丁质结合发挥作用；3）BmWCP4的表达也是受到20E诱导，JHⅢ能够抑制20E对该基因的诱导作用；4）BmGCE、BmMet-1和BmMet-2在JH调控翅原基发育和BmWCP4基因表达的信号转导途径中参与早期的调控； 5）BmGCE不能与BmWCP4的E-box结合，BmMet-1和BmMet-2(BD)能与E-box结合； BmGCE、BmMet-1和BmMet-2 (BD)可以相互结合，形成同源或异源二聚体，二聚体也能与E-box结合； 6）BmFH05151可能通过与反应元件7结合而对BmWCP4基因起抑制作用；翅原基细胞核中可能存在一个未知核蛋白可与反应元件6结合，抑制BmFH05151与反应元件7的结合； 7） BmPOUM2的Hox domain中的58氨基酸片段是与BmAbd-A相互作用的区域，其中的6个氨基酸(K166, Q176, G188, S192, E200 and N208)是两个蛋白相互作用所必须的。突变这些氨基酸将使这两个蛋白相互作用消失; BmAbd-A的Hox domain及其羧基端的200个氨基酸片段都可以与BmPOUM2发生相互作用；而BmAbd-A的羧基端和氨基端都不与BmPOUM2发生相互作用。这些研究结果为阐明昆虫翅变态发育分子调控机制提供了重要的实验证据，并为利用BmWCP4基因蛹期专一表达的特性以延缓蚕蛹发育，解决蚕丝生产中成虫过早破茧而出降低蚕丝质量的重大生产问题提供理论依据。