鞣化激素对棉铃虫幼虫脂肪体基因表达调控机理及其生理功能

鞣化激素（bursicon）调控昆虫表皮的骨化(包括黑化和硬化)及翅的扩张。目前对鞣化激素分子作用机制的研究主要集中在其调控新羽化成虫表皮骨化及翅的扩张方面，对幼虫调控的研究还鲜有报道。我们前期的实验发现，棉铃虫幼虫脂肪体也是鞣化激素的作用靶标，但鞣化激素如何影响幼虫脂肪体生理功能（集中在能量代谢及免疫反应等方面）的研究还未见报道。本研究拟采用表达谱/转录组、双向电泳、RNAi等生理生化与分子生物学的方法，以棉铃虫幼虫脂肪体为研究靶标，在转录和翻译水平研究鞣化激素对脂肪体基因和蛋白表达的调控机制，及鞣化激素信号传导途径对脂肪体生理功能的调控机制。该研究可为阐明昆虫鞣化激素分子作用机制奠定基础，对理解昆虫的生长发育具有重要意义，而且可以发现新的分子靶标，为害虫防治提供新思路。

鞣化激素是调控昆虫体壁黑化及翅伸展的一类激素，是由α（BURS）和β（PBURS）两个亚基组成的一种异源二聚体蛋白质。课题组首次以棉铃虫脂肪体为研究靶标，研究了鞣化激素对脂肪体的影响，主要研究结果如下：（1）克隆了棉铃虫鞣化激素基因全序列，研究了其分子特性；首次发现了两个亚基表达量不同。（2）在哺乳动物293T细胞中表达纯化得到了重组的外源蛋白，首次发现了棉铃虫鞣化激素的BURS和PBURS两个亚基不仅能够形成异源二聚体，也能够形成同源二聚体。（3）鞣化激素两个亚基处理均能显著促进脂肪体抗菌肽基因转录表达，但是β对抗菌肽的诱导效果更为明显。进一步利用RNAi干扰β亚基的表达能显著抑制抗菌肽的表达，说明β确实能够诱导棉铃虫脂肪体中免疫基因的表达。（4）利用重组的外源蛋白及cAMP处理均能在较短时间内（10min）显著激活酪氨酸羟化酶活性，说明α重组蛋白、α+β重组蛋白与其受体结合后可能利用cAMP作为第二信使，从而激活酪氨酸羟化酶的活性。而β重组蛋白不能显著诱导酪氨酸羟化酶的活性。（5）作为黑化途径中重要的反应酶，漆酶2（Lac2）在黑化中起着重要的作用，本研究发现Lac 2基因在蜕皮时期高丰度表达，进一步的激素处理及RNAi干扰实验证实蜕皮激素显著诱导Lac2基因的表达，而保幼激素显著抑制Lac2的表达。Lac2基因表达量的下降直接导致了表皮黑化的失败。（6）相对于漆酶2，漆酶1的功能更为复杂，本研究发现Lac1基因在幼虫蜕皮期高水平表达，主要在棉铃虫马试管中高丰度表达；进一步的激素处理及RNAi干扰实验证实蜕皮激素显著抑制Lac1基因的表达，而保幼激素显著促进Lac1的表达。Lac1基因表达量的下降直接导致了马试管中铁离子聚集量、转铁蛋白及铁储存蛋白表达量的下降。本研究成果进一步阐明了鞣化激素调控昆虫脂肪体免疫反应的分子机理及对黑化反应的调控机制；为深入研究鞣化激素的生理功能奠定基础。