Vg与VgR基因在小菜蛾卵黄发生中的作用及其对激素调控的响应

The diamondback moth (DBM), Plutella xylostella (L.) (Lepidoptera, Yponomeutidae) is the most destructive pests of economically important Brassicea crops. Currently, there are still no effective strategies to control this very prolific insect that can reproduce rapidly in China. To better understand the reproductive regulation of DBM and the consequences on reproductive potential and adaptability, we propose to examine the role of vitellogenin gene Vg and its receptor gene VgR. These genes are mainly involved in reproductive regulation of insects, including hormonal responses. Three experiments will be conducted. First, the molecular characteristics and expression patterns of Vg and VgR genes of DBM, as well as their correlations will be analyzed. Subsequently, the regulation of Vg and VgR genes on vitellogenesis and oogenesis in DBM will be measured. Finally, the hormones involved in reproductive regulation of DBM, and the response of Vg and VgR genes to hormonal regulation will be studied. The integration of Vg and VgR gene expression on reproduction including hormonal responses will help better understand their roles in reproductive capacity and adaptive potential to various environments. This proposed project will establish the theoretical foundations on which it will be possible to use the reproductive regulatory mechanisms in DBM to screen potential genes or regulatory mechanisms as ways to better control DBM populations under various environmental conditions.

针对世界性的重要害虫小菜蛾仍缺乏直接、安全、有效的控制策略的实际需求，围绕生殖调控决定昆虫生殖潜能与适应性这一科学问题，以生殖调控的基础物质与激素调控生殖的主要靶标卵黄原蛋白基因Vg与卵黄原蛋白受体基因VgR为核心，采用生物化学与分子生物学、免疫化学、解剖形态学与实验生物学等技术与方法，重点研究：(1) 小菜蛾Vg与VgR基因的分子结构特征与表达模式，及两者间的相关性；(2) Vg与VgR基因在小菜蛾卵黄发生与卵子形成中的调控作用；(3) 小菜蛾生殖调控的激素类型，以及Vg与VgR基因对激素调控的响应模式。最后结合激素调控的效应，明确卵黄原蛋白及其受体基因对小菜蛾生殖潜能与适应性的影响。项目预期成果可为阐明小菜蛾成虫的生殖调控机理奠定理论基础，在实践上有助于筛选控制小菜蛾的潜在靶标，为有效防治和持续控制小菜蛾种群暴发与危害提供创新思路和途径。

小菜蛾Plutella xylostella (L.)是世界性的对十字花科蔬菜具有毁灭性危害的重要害虫，其强大的生殖能力是其快速定殖与扩张的重要因素。本项目围绕生殖调控决定昆虫生殖潜能这一科学问题，以生殖调控的基础物质与激素调控生殖的主要靶标卵黄原蛋白基因Vg与卵黄原蛋白受体基因VgR为核心，鉴定了小菜蛾Vg与VgR基因的分子结构特征，分别构建了小菜蛾Vg与VgR基因与其他昆虫同源基因的系统进化关系，发现其与鳞翅目昆虫具有明显的进化保守性，但小菜蛾Vg与VgR基因又分化为一个独立的亚支；通过分析小菜蛾Vg与VgR基因在不同发育阶段和不同组织器官的表达模式，发现Vg与VgR基因均为雌性特异性表达，且均在雌成虫期显著高表达；Vg与VgR基因还具有组织表达特异性，分别在脂肪体和卵巢中显著高表达。利用RNAi分别沉默小菜蛾Vg与VgR基因，发现小菜蛾卵黄沉积与卵子成熟明显受到抑制，产卵量也显著下降，说明Vg与VgR基因确实与小菜蛾的生殖发育密切相关。除此之外，还鉴定了小菜蛾蜕皮激素合成基因，发现小菜蛾基因组中有6个Halloween基因,所有基因与其他昆虫同源基因均具有高度保守性。不同基因具有不同的龄期表达模式，但大多基因均在前胸腺显著高表达，仅有Shd在脂肪体和中肠中高表达。RNA干扰sad基因（蜕皮酮合成的最下游基因）表达能显著抑制20E的合成量，不仅能延长小菜蛾4龄幼虫的发育历期，降低其化蛹率，还能导致初羽化成虫卵巢管显著缩短，卵黄沉积受到抑制，羽化后3天的总产卵量也显著下降。说明20E对小菜蛾的生殖发育具有至关重要的作用，而其对Vg合成与摄取的调控可能是其生殖调控的分子机制之一。本成果可为阐明小菜蛾的生殖调控机理奠定理论基础，在实践上有助于筛选控制小菜蛾的潜在靶标，为有效防治和持续控制小菜蛾种群暴发与危害提供创新思路和途径。