棉铃虫发育过程中蜕皮激素对先天免疫的调控及分子机制

Helicoverpa armigera is a multi-food agricultural pest that is widely distributed worldwide. In the development of H.armigera, it needs to undergo molting and metamorphosis. As an important steroid hormone in insects, ecdysone regulates its molting and metamorphosis. At present, the research on ecdysone mainly focuses on the regulation of development, but the understanding of 20E regulation of insect innate immunity is not deep enough. This project firstly aims to determine the regulation of 20E on immunity by detecting the correlation between 20E concentration and immune response intensity at different developmental stages. Secondly, knockdown the key genes of 20E signaling pathway and immune pathway through RNAi and editing the NF-κB by CRISPR/Cas9 technology to verify the role of 20E in the regulation of immune process and reveal the molecular mechanism of 20E regulation of antimicrobial peptide expression. Through studying the regulation of 20E on the innate immunity of H.armigera, it aims to clarify the regulation of the immune system by 20E during the development of insects, and further reveal the relationship between insect development and immunity.

棉铃虫是在世界范围广泛分布的多食性农业害虫。在棉铃虫的发育过程中需经历蜕皮和变态。蜕皮激素作为昆虫体内的一种重要的类固醇激素主要调控其蜕皮和变态。目前对于蜕皮激素的研究主要集中在对发育的调控，而对20E调控昆虫先天免疫的认识还不够深入。本项目首先拟通过检测不同发育阶段20E浓度与免疫应答强度的相关性，明确20E对先天免疫的调控作用。其次通过对20E信号通路和免疫通路关键基因进行RNAi干扰以及通过CRISPR/Cas9技术编辑NF-κB，验证其在20E调控免疫过程中的作用，揭示20E信号通路调控抗菌肽表达的分子机制。通过研究蜕皮激素对棉铃虫先天免疫的调控，旨在明确在昆虫生长发育过程中20E对免疫系统的调节，进一步揭示昆虫发育与免疫的相互关系。

蜕皮激素和先天免疫在昆虫发育过程中缺一不可。昆虫的先天免疫受多种因素的调控，其中包括昆虫自身蜕皮激素以及寄生性昆虫的外源毒液蛋白。蜕皮激素主要调控昆虫的发育，寄生性昆虫的毒液也可以抑制昆虫的发育，但是他们对先天免疫的调控机制目前还不清楚。本项目以棉铃虫为研究对象，分别通过探究棉铃虫不同发育时期的免疫力变化，明确蜕皮激素20E对棉铃虫各抗菌肽的调控，最后揭示20E调控抗菌肽表达的分子机制。在寄生蜂毒液蛋白对棉铃虫免疫调控中我们通过探究毒液蛋白serpins对棉铃虫抗菌肽的表达核酚氧化酶原PPO的活化影响，揭示其抑制寄主先天免疫的分子机制。实验结果表明棉铃虫在进入游走期后抗菌肽表达显著升高，对病原菌的抗菌能力显著增强。在这一时期，棉铃虫体内20E浓度快速升高，促使抗菌肽在脂肪体中表达。RNA干扰实验表明蜕皮激素通过转录因子Dorsal和Relish共同调控抗菌肽的表达，其中Dorsal的作用对所有抗菌肽的表达是不可或缺的，Relish调控了部分抗菌肽的表达。此外，我们证明了20E通过上调Dorsal和Relish的表达以及促使Relish切割活化并入核参与抗菌肽的转录，揭示20E调控抗菌肽合成的分子机制。在另一项研究中，我们在中红侧沟茧蜂毒液蛋白中鉴定到两种serpin，分别命名为MmvSPN-1和MmvSPN-2。这两种蛋白可以抑制棉铃虫的PPO剪切以及PO的活力，且抑制寄主脂肪体组织中抗菌肽的表达水平，这种负调控是通过与丝氨酸蛋白酶HacSP29结合抑制其活性起作用。该两项研究对于揭示蜕皮激素对棉铃虫先天免疫调控机制以及寄生性昆虫对寄主免疫的调控机制具有重要意义。在实践应用方面为利用微生物以及天机昆虫进行生物防治棉铃虫提供理论依据。