酪氨酸羟化酶在BmNPV控制家蚕运动行为中的作用机制研究

BmNPV is one of nuclear polyhedrosis virus, which normally paratisize silkworm as their host. When silkworm are affected by BmNPV, enhanced locomotory behaviors will occur at the end of the larval stage. People think that the virus induces this behavior so that, after death, the decaying cadaver will contaminate a larger surface area resulting in increased dispersal and transmission of the virus. This is a representative phenomenon of interaction between virus and host. In order to clarify the mechanism of enhanced locomotory behaviors of silkworm by BmNPV, in our previous study, the key factor of dopamine was identified by omics tools, which were accumulated in the process of enhanced locomotory behaviors. From the transcriptional analysis, we found that the tyrosine hydroxylase, which is responsible for the synthetizing the dopamine, was up-regulated in these process. Furthermore, when the inhibitor of tyrosine hydroxylase was injected into the silkworm affect by BmNPV, the enhanced locomotory behaviors were reduced significantly. Based on these results, some experiments will be performed in order to verify the key role of tyrosine hydroxylase in the enhanced locomotory behaviors by BmNPV. 1) The operable transgenic tools will be employed to certify the role of tyrosine hydroxylase in signaling pathway during the enhanced locomotory behaviors of silkworm affected by BmNPV. 2) Phosphorylation of tyrosine hydroxylase will be investigated and analyzed in vitro and vivo in silkworm. The crucial sites of amino acid of tyrosine hydroxylase will be studied and identified. 3) The up-stream factor in the signaling pathway of virus-dopamine-tyrosine hydroxylase will be investigated and studied. The result will give us a comprehensive understand for the mechanism of enhanced locomotory behaviors of silkworm affected by BmNPV.

BmNPV是一种杆状病毒，家蚕在感染BmNPV的后期会产生运动行为增强的现象，其原因是病毒以某种方式控制宿主行为从而促进自己的传播，此现象是病毒与宿主互作的典型案例。为阐明病毒控制宿主行为机制，在前期研究中，我们通过组学研究鉴定了控制宿主行为的关键因子——多巴胺，其在家蚕运动行为能力增强过程中发生了显著上调，而负责合成多巴胺的限速酶——酪氨酸羟化酶在病毒感染后期也显著增加。个体实验结果表明，注射酪氨酸羟化酶抑制剂可有效的抑制病毒引起的运动行为增强的现象。基于以上结果，本项目拟开展工作主要包括：1）利用可调控的转基因操控系统，进一步证实酪氨酸羟化酶及多巴胺在行为机制中的关键性作用； 2）研究酪氨酸羟化酶调控方式，分析磷酸化对其活性的影响，鉴定其磷酸化的关键作用位点；3）鉴定酪氨酸羟化酶上游分子，构建病毒——酪氨酸羟化酶——多巴胺信号通路，阐明酪氨酸羟化酶途径在增强家蚕运动行为中的关键作用。

家蚕核型多角体病毒(BmNPV)是一种蚕业生产中常见的病原微生物，每年给养蚕业造成严重危害。在家蚕感染BmNPV的后期，家蚕会产生四处乱爬的现象, 当家蚕死亡后表皮破裂时，病毒可以通过宿主的运动获得更广范围的传播。虽然昆虫杆状病毒参与宿主行为的生物学现象被广泛关注，但其生物学机制却未能完全阐明。本项目以家蚕和BmNPV为研究对象，开展了一系列研究工作，并获得了如下研究结果：1.以家蚕上簇现象为线索进行了分析，采用蛋白质组学和代谢组学的研究方法，发现上簇发生期的家蚕体内多巴胺的滴度与食桑期相比大量增加，并且与多巴胺合成和代谢相关的酶类也有明显的变化，这暗示了多巴胺代谢通路可能参与宿主行为变化；2.利用病毒感染宿主，检测脑中代谢产物变化情况。结果表明，BmNPV感染家蚕以后，随着病毒感染时间的延长，脑部的多巴胺有明显的上调，此结果进一步暗示了神经传导物质多巴胺可能在病毒控制宿主行为过程中发挥了关键的作用；3.对负责多巴胺合成了的酪氨酸羟化酶开展研究。结果表明，在病毒感染的过程中，酪氨酸羟化酶发生了明显的上调表达，更为重要的结果是，当在个体水平注射酪氨酸羟化酶抑制剂时，病毒引起宿主行为增强现象明显减弱，同时体内的多巴胺水平也发生了显著的下降；4.利用转录组学研究手段，对BmNPV病毒调控宿主的相关基因进行相关分析，结果表明，大量的编码神经丝蛋白的基因、溶质运载蛋白家族、神经递质代谢相关蛋白、特别是编码多巴胺合成途径中的限速酶——酪氨酸羟化酶的基因都在感染后的家蚕脑部发生了显著的表达变化；5.构建了转基因过表达操控体系，与野生型家蚕相比，转基因家蚕在蚁蚕的取食行为和变态期的游走行为都得到了显著的增强，通过转基因过表达的方式进一步验证酪氨酸羟化酶在宿主行为变化中的关键性作用；以上成果不仅为人们对BmNPV控制宿主行为的生物学机制的提供了重要参考，也为抗病品种的培育提供重要线索。