核受体在甲硫氨酸调控褐飞虱卵壳发生中的功能研究

High fecundity is one of the major reasons of pest outbreak. Nutrition is critical for insect fecundity, and methionine is thought to be one of the essential nutritional factors for insect reproduction. However, the molecular mechanism of insect fecundity regulated by methionine is not clearly known. By using bioassay, transmission electron microscopy and transcriptomic analysis, we found that choriogenesis and oviposition could be inhibited by methionine deprivation, and the expression levels of several nuclear receptors (NRs) were reduced. Here, we will identify choriogenesis related NRs through RNAi, and screen out the chorion genes regulated by NRs. After selected one NR and one chorion gene responsed to methionine, we will study their interaction using electrophoretic mobility shift assay (EMSA) combined with dual luciferase reporter gene assay system. Finally, we will study the effects of NRs on insect fecundity. The expected results will improve the understanding of molecular basis of insect fecundity regulated by nutrition and insect choriogenesis. Our results would also be helpful for selecting pest resistant rice varieties.

害虫种群爆发的主要原因之一是其高繁殖力。营养是影响昆虫繁殖力的重要因素，其中甲硫氨酸是决定繁殖力的关键营养因子，但其对昆虫繁殖力的调控机制还很不清楚。项目组前期生测、电镜和组学分析发现甲硫氨酸缺失导致褐飞虱无法产卵，卵壳发生过程受阻，多个与卵壳发生相关核受体基因的表达受影响。据此，本项目拟利用RNAi技术鉴定出影响褐飞虱卵壳发生的关键核受体，通过转录组测序筛选受核受体调控的下游卵壳蛋白基因，利用凝胶迁移技术和双荧光素酶报告基因系统验证两者的相互作用关系，最后在昆虫活体中研究重要核受体对褐飞虱繁殖力的影响，揭示核受体对甲硫氨酸的响应及其调控卵壳发生的分子机制。研究结果不仅有助于阐明营养影响昆虫繁殖力的分子基础，丰富昆虫卵壳发生调控理论，也为更好地选育水稻抗虫品种提供科学依据。

氨基酸是调控昆虫繁殖力的重要营养物质，我们的前期研究发现甲硫氨酸是褐飞虱繁殖的限制性营养因子，甲硫氨酸缺失导致褐飞虱卵壳结构异常，多个卵壳蛋白基因及核受体表达显著下调。在此基础上，本项目深入研究核受体对甲硫氨酸的响应及其调控卵壳形成的分子机制。主要研究内容包括：受甲硫氨酸影响的重要核受体基因的克隆和鉴定；调控卵壳发生的关键核受体及其靶基因的鉴定；核受体在调控褐飞虱卵壳发生中的功能分析。.结合褐飞虱基因组数据，我们利用定量PCR详细检测了褐飞虱18个核受体基因的表达量变化，发现甲硫氨酸缺失导致USP和βFTZ-F1表达量显著下调。通过RNAi技术分别抑制这两个核受体基因的表达均会降低褐飞虱的繁殖力，USP基因表达下调造成卵巢发育受阻，而干扰βFTZ-F1对卵巢发育未造成明显影响，但会导致卵表面结构异常，降低卵在水稻中的孵化率，透射电镜观察结果显示干扰βFTZ-F1造成外卵壳层无法形成。这一表型与缺失甲硫氨酸类似，表明甲硫氨酸可能通过βFTZ-F1来调控卵壳形成。.我们挑选出在转录组数据中呈现差异表达的Chorion class HcB protein 12（HcB12）、Chorion class HcB protein 13（HcB13）及Late cornified envelope-like proline-rich protein 1（CP1）进行定量PCR验证，发现缺失甲硫氨酸有效抑制这三个卵壳蛋白基因的表达，其中卵壳蛋白基因CP1下调幅度最大。沉默βFTZ-F1未对HcB12及HcB13产生显著影响，但有效抑制了CP1基因的表达，并且CP1基因启动子区域存在βFTZ-F1转录结合位点。推测βFTZ-F1很可能通过CP1调控卵壳形成并最终影响褐飞虱的繁殖，甲硫氨酸通过不依赖于βFTZ-F1的其它通路来实现对HcB12及HcB13的调控。卵壳蛋白基因CP1在褐飞虱雌虫卵巢中高表达，利用RNAi抑制CP1基因表达造成卵壳形成过程受阻及繁殖力下降。这一表型与缺失甲硫氨酸以及干扰βFTZ-F1基因表达造成的结果一致，表明甲硫氨酸通过βFTZ-F1调控CP1介导的外卵壳层结构形成来影响繁殖力。.研究结果揭示了甲硫氨酸通过核受体影响卵壳形成并最终调控繁殖力的分子机制，所鉴定出的调控繁殖力的核受体βFTZ-F1及卵壳蛋白基因CP1可作为褐飞虱防治的新型杀虫靶标。