Met蛋白调控台湾乳白蚁兵蚁品级形成的分子机理

The Formosan subterranean termite is one of the serious termite pests in China. It was proposed that induction of excessive soldiers could lead to the collapse of the colony. The mechanism of the differentiation of soldiers is not clear. The development of this method was constrained. It is known that the juvenile hormone titer increases during the development of soldiers. The methoprene-tolerant protein (Met), which is the receptor of juvenile hormone, plays a key role in the JH signal pathway. The objective of this project is to determine the role of Met in the development of soldiers. Through artificial induction of soldiers by feeding workers with methoprene, interference of the key genes in the JH pathway by RNAi and RNA-seq, the following questions will be resolved: 1) the role of the JH-Met-Kr-h1 pathway in the development of soldiers, 2) identification of bHLH-PAS transcription factors, which forms the heterodimer with Met, and 3) the downstream genes of Met. The elucidation of the mechanism of soldier differentiation could form the basis of the development of novel control methods of termites by targeting the key genes in the development of soldiers.

台湾乳白蚁是我国危害最为严重的白蚁之一。20世纪曾提出诱导蚁巢产生过量兵蚁来防治白蚁的设想，但是兵蚁品级形成的机理有待阐明，从而使该方法的应用受到限制。前期研究证明在工蚁转化为兵蚁的过程中，保幼激素滴度升高；烯虫酯耐受蛋白（Methoprene-tolerant protein, Met）作为保幼激素的受体，在保幼激素信号通路中发挥了关键作用。为阐明Met蛋白在兵蚁品级形成中的作用，本项目拟在喂食工蚁烯虫酯，诱导工蚁转化为兵蚁的基础上，通过干扰保幼激素信号通路上关键基因的表达和高通量测序，重点研究1）JH-Met-Kr-h1信号通路是否在工蚁转化为兵蚁过程中发挥关键调控作用；2）与Met形成异二聚体bHLH-PAS的转录因子；3）Met调控的下游基因，以此揭示Met的调控机理。兵蚁品级形成分子机理的明确将为诱导工蚁转化为兵蚁的靶标选择提供理论依据，为发展新的白蚁防治途径奠定基础。

台湾乳白蚁是重要的城市害虫。蚁巢中存在营养依赖性的兵蚁。过量兵蚁的产生将导致蚁巢中的营养平衡受到破坏。在台湾乳白蚁成年蚁巢中，兵蚁是由工蚁发育而来。工蚁转化为兵蚁过程中体内的保幼激素滴度升高。本项目对保幼激素信号通路上的关键基因在兵蚁品级形成中的作用进行了研究。本项目的研究内容如下：1) 对JH III、吡丙醚和烯虫酯诱导工蚁产生兵蚁的作用进行生物测定；2) 筛选兵蚁品级研究中用于基因定量的内参基因；3) 对兵蚁品级分化过程中关键基因进行定量和敲低；4) 利用转录组测序，构建兵蚁品级分化过程中的信号调控网络。本项目的研究结果如下：1) 生物测定表明烯虫酯可以诱导台湾乳白蚁的工蚁转化为兵蚁，但烯虫酯对台湾乳白蚁兵蚁诱导作用存在群体效应；2) RPS18基因为基因定量的合适内参基因。参与能量代谢的基因，例如NADH，并不适合作为内参；3) 保幼激素合成通路中的甲羟戊酸途径对白蚁JH滴度的调节起到关键作用。兵蚁品级分化过程中，保幼激素信号通路中的Met、Tai、Kr-h1表达量升高；4) 兵蚁品级分化过程中，碳水化合物、氨基酸和脂类代谢通路，以及保幼激素合成通路显著富集。其它信号通路，例如Hedgehog通路、FOXO信号通路和昼夜节律通路等，也在工蚁品级分化过程中发挥作用。本项目初步揭示了台湾乳白蚁兵蚁品级分化的调控机理，为后续的功能研究奠定了基础。