蜕皮激素在家蚕免疫应答中的作用及调控机制研究

Previous studies have proven that ecdysone plays an important role in fruit fly and other insect immune responses. However, how insects regulate the ecdysone to affect the immunity is still unknown, and the function of the ecdysone in the domestic silkworm immune response is also obscure. Our preliminary results suggested that the silkworm immunity can be positively regulated by the ecdysone. In addition, after infected with the bacteria, the activity of the ecdysone biosynthetic enzyme (3-dehydroecdysone-3β-reductase) was significantly increased, which may elevate the ecdysone titer that could modulate the silkworm immune response. Based on these observations, real-time quantity PCR, RNA interference and eukaryotic expression system will be used to investigate the function of the 3DE-3β-reductase gene in the silkworm immune response in this project. The implementation and completion of the project is expected to elucidate the regulation mechanism of the ecdysone titer in the silkworm immune response for the first time. The finding of this research can not only enrich our knowledge about the function of the ecdysone in the silkworm immunity, which has an important theoretical significance, but also has guiding significance for pathogen resistance silkworm breeding.

先前的研究已经证实蜕皮激素在果蝇等昆虫免疫应答中的作用，但昆虫是如何调控蜕皮激素滴度变化来影响免疫应答仍然是一个谜，并且蜕皮激素在家蚕免疫应答中的作用仍不确定。我们的初步研究结果表明，蜕皮激素在家蚕免疫应答中起正调控作用；当家蚕受到细菌感染后蜕皮激素合成酶（3-脱氢蜕皮激素-3β-还原酶（3DE-3β-reductase））的活性显著上升，这有可能会提高家蚕体内蜕皮激素的滴度，而蜕皮激素则会加强家蚕对细菌的抵抗能力。本项目将在此基础上，采用荧光定量PCR，RNA干涉和真核表达系统等技术研究3DE-3β-reductase基因在家蚕免疫应答中的作用。该项目的实施和完成可望第一次阐明蜕皮激素滴度变化在家蚕免疫应答中的调控机制，其研究成果不仅可以拓展我们对蜕皮激素在昆虫免疫中作用的认知，有重要理论意义，对家蚕抗病育种也有指导意义。

昆虫拥有高效的免疫系统来保护自身免受病原菌的伤害。病原菌的侵染能快速的激活昆虫的这套系统，从而启动体液免疫和细胞免疫做出抵抗。然而，越来越多的研究发现在没有病原菌感染的时候，昆虫的免疫系统也能够起作用。这个结果说明除了病原菌外还有其它因子能够调控昆虫的免疫。蜕皮激素是调控昆虫发育最为重要的激素之一，也能调控昆虫的免疫系统。但是，蜕皮激素对家蚕的免疫应答究竟起什么作用还并不清晰。本项目的研究发现注射外源蜕皮激素能够显著增强家蚕对病原菌的抵抗能力，并且能够诱导免疫相关基因的表达。进一步，本项目通过RNA干扰的方法降低蜕皮激素受体的表达，截断蜕皮激素信号后会显著增加家蚕的死亡率以及免疫相关基因的表达水平。这些结果说明蜕皮激素能够通过蜕皮激素受体正调控家蚕的免疫反应。蜕皮激素滴度对昆虫免疫反应的诱导至关重要。本项目首次发现病原菌感染能够提高昆虫体内蜕皮激素滴度。进一步我们对其调控机制进行了研究。昆虫受到病原菌感染后，蜕皮激素合成基因3脱氢蜕皮激素-3β还原酶(3-dehydroecdysone-3β-reductase，3DE-3β-reductase)在转录和蛋白水平均被上调。3DE-3β-reductase能够将储存在前胸腺中无活性的3脱氢蜕皮激素还原成有活性的蜕皮激素。本项目通过RNAi的方法降低3DE-3β-reductase基因的表达，发现干扰家蚕体内蜕皮激素滴度被降低，免疫相关基因的表达也被下调，同时对于病原菌的抵抗能力显著下降。为进一步证实这个结果，我们外源表达出3DE-3β-reductase蛋白，将其注入干扰个体中进行恢复实验，发现恢复个体各项指标均被上调。以上的结果首次阐明了家蚕是如何调控蜕皮激素滴度变化来影响免疫应答的分子机制，也加深了我们对昆虫激素和免疫两大通路相互作用的理解。另外，我们对3脱氢蜕皮激素-3β还原酶所在的蜕皮激素3位异构化通路进行了调控研究。我们发现该途径上的限速酶EO能够直接降解蜕皮激素，同时它的表达也是受到蜕皮激素调控的。进一步实验证实EO基因的表达受蜕皮激素响应转录因子E74A的调控。