家蚕蜕皮激素失活途径基因克隆及其变态发育调控效应研究

蜕皮激素是调控昆虫生长发育最重要的激素之一，昆虫变态发育要求高量的蜕皮激素。因此，如果能够在蛹期显著降低蜕皮激素浓度就有可能阻断其正常变态发育进程。尽管昆虫蜕皮激素失活途径的二个基因已在除家蚕以外的一些其它昆虫中被克隆、验证，但关于家蚕蜕皮激素氧化酶和3DE-3α-还原酶基因的研究在国内外还未见报道。我国的家蚕基因组计划和功能基因组研究平台技术成果，为探明家蚕生长发育调控机制提供了绝好机会。本研究项目将首先克隆、验证家蚕蜕皮激素氧化酶和3DE-3α-还原酶基因，调查其表达模式；然后，采用转基因技术以及酵母GAL4/UAS系统探索利用这两个基因调控家蚕蛹变态发育的效应。研究结果不仅有助于对家蚕的生长发育控制，对其它鳞翅目害虫的防治也有广泛地指导和借鉴意义。

蜕皮与变态是昆虫生长发育的基本生理特征，主要由蜕皮激素和保幼激素协同控制的。蜕皮激素滴度的周期性变化对昆虫的变态发育过程起着决定性作用，而蜕皮激素的代谢是控制其滴度变化的决定性因素。家蚕是重要的鳞翅目模式昆虫，对其蜕皮激素失活途径的研究还未见报道。为探明家蚕生长发育的调控机制，我们鉴定并克隆了蜕皮激素失活途径上的两个关键基因（蜕皮激素氧化酶基因和3DE-3α-还原酶基因），通过真核表达系统对它们进行异源表达，并证实它们具有相应的酶活性。组织表达分析表明，这两个基因主要在家蚕中肠和马氏管表达，而这两个组织又是昆虫蜕皮激素代谢的主要场所。时期表达分析发现，它们在家蚕幼虫5龄早期及变态期高量表达，此时是家蚕蜕皮激素滴度降低的时期，说明它们参与了家蚕蜕皮激素的失活。接着，我们利用RNA干涉的方法降低该基因在家蚕游走期的表达，发现家蚕化蛹困难，且蛹的死亡率明显高于对照，表明该基因对于家蚕的变态发育起着重要的作用。以上的结果为我们人为控制家蚕生长发育，及开发鳞翅目害虫防治新技术打下了坚实的理论基础。蜕皮激素氧化是蜕皮激素失活途径的限速酶，属于葡萄糖-甲醇-胆碱氧化还原酶（Glucose-Methanol-Choline oxidoreductases，GMC）家族，该家族参与许多生物体基本的生理代谢过程。尽管该家族酶类有重要的功能，但对大部份昆虫的GMC酶的功能研究还较少。我们结合全基因组信息分析和实验方法来探讨该氧化还原酶类家族在家蚕中的功能，结果发现家蚕中GMC基因数量在基因组已测序的昆虫中是最多的，并经历了家蚕特异性的扩增。我们进一步发现GMC基因在家蚕抵抗外源微生物的过程中有重要作用。另外，我们对家蚕抗氧化相关基因家族进行了研究。本课题实施3年来已发表SCI论文6篇。已培养硕士1人、博士生2人