飞蝗性成熟期保幼激素作用的分子机制研究

保幼激素（JH）是控制昆虫生殖、发育与变态最为重要的激素之一，但对JH的分子作用机制却知之甚少。目前，国际上对JH分子作用机制的研究十分活跃，但主要集中在鳞翅目、双翅目等全变态昆虫幼虫至蛹的变态阶段，集中在JH对蜕皮激素（20E）信号通道的调节。不同于这些全变态昆虫的生殖发育由JH和20E共同调控，飞蝗羽化后的性成熟则是由JH单独调控的。因此，飞蝗是独立于20E之外研究JH分子作用机制的一个理想模式。本项目将在获取飞蝗雌虫性成熟期脂肪体内JH诱导的特异性基因表达谱的基础上，首次利用飞蝗基因组信息，对JH诱导表达的所有基因及其启动子区域同时进行研究。鉴定保幼激素反应元件及其结合蛋白，探明其在JH介导的基因调控中作用。同时，鉴定飞蝗性成熟过程中的关键功能基因和JH直接调控的初级反应基因，并探明关键bHLH-PAS转录因子在JH调控基因转录中的作用，从而进一步阐明JH作用的分子机制。

保幼激素（JH）除了在昆虫幼虫阶段拮抗蜕皮激素（20E）的作用而决定昆虫蜕皮或变态之外，它还在许多昆虫的成虫期起促进生殖的作用，但对其中的分子机制知之甚少。飞蝗是重要的农业害虫，有很强的繁殖能力。飞蝗还是独立于20E之外研究JH调控昆虫生殖发育分子机制的一个理想模式。本项目立项的主要研究内容是获取JH诱导的基因表达谱，鉴定调节飞蝗生殖发育的关键基因及其功能，分析JH反应元件及其结合蛋白，阐述Met等bHLH-PAS转录因子在JH调控的基因表达中的作用。. 按照研究内容和年度计划，我们首先获得了JH缺失和JH诱导的差异基因表达谱，包括455个上调基因和 314个下调基因。利用qRT-PCR，对其中的96个上调基因进行了表达验证，并对Met、SRC、Kr-h1、Mcm4、Mcm7、Cdc6等基因进行了深入研究。取得了如下四个方面的重要成果：（1）阐明了JH通过其功能受体Met/SRC直接调控DNA复制基因Mcm4和Mcm7的表达，提高脂肪体细胞的多倍性，从而保障卵黄原蛋白（Vg）的大量合成和多卵的成熟。论文发表在国际知名刊物PLoS Genetics (2014)。(2) 提出并验证了JH/Met/Kr-h1信号通路既抑制从幼虫到蛹或成虫的变态，也促进成虫生殖的假说。论文发表在昆虫学领域顶级期刊Insect Biochemistry and Molecular Biology (2014)。(3) 探明了dsRNA不能进入卵泡细胞和卵母细胞以及dsRNA在血淋巴中的快速降解，是在卵巢中不能有效实现RNAi的主要原因。论文发表在昆虫学领域顶级刊物Insect Molecular Biology (2014)。(4)解析了JH通过Met/SRC调控细胞周期基因Cdc6的转录，进而影响细胞分裂，增加脂肪体细胞和卵泡细胞的倍性，从而促进Vg在脂肪体中大量合成和通过卵泡细胞间的运输。论文发表在国际知名刊物Journal of Biological Chemistry（2016）。. 本项目计划的目标全面完成。发表的4篇SCI论文都以本项目为第一标注。研究成果被中国科学院院网2014年10月29日首页"科研进展"栏目报道。通过本项目的资助，共培养博士研究生2名，硕士研究生 2名，其中1人获得博士研究生国家奖学金。