蛋白磷酸酶6L(PP6)和瘦素受體疊加轉(zhuǎn)錄蛋白(LepROT)在棉鈴蟲變態(tài)和發(fā)育中的功能研究.pdf

1、一、研究背景及研究意義
　　 分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展給昆蟲學(xué)研究帶來廣闊的前景。人類研究昆蟲，可以為害蟲防治提供可供參考的理論依據(jù)。昆蟲生長(zhǎng)發(fā)育中要經(jīng)歷特征明顯的蛻皮和變態(tài)過程，其中不僅需要蛻皮激素(20-hydroxyecdysone，20E)和保幼激素(juvenilehormone，JH)的綜合調(diào)控，現(xiàn)在的研究也證明了胰島素途徑和FoxO可以參與昆蟲發(fā)育調(diào)控過程。不同的信號(hào)調(diào)控途徑相互作用，共同實(shí)現(xiàn)對(duì)昆蟲的控制。在昆蟲的信號(hào)

2、調(diào)控中，既存在著昆蟲特異的蛻皮和保幼激素調(diào)控途徑，又有著真核生物中比較保守的胰島素和FoxO信號(hào)途徑。闡明這些激素或蛋白的功能，不僅對(duì)昆蟲的生長(zhǎng)發(fā)育和蛻皮變態(tài)的分子機(jī)理有重大意義，而且可以為害蟲防治提供理論依據(jù)。
　　 二、國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展以及存在的科學(xué)問題
　　 1.昆蟲中20E和JH相互作用，共同調(diào)節(jié)昆蟲的生長(zhǎng)發(fā)育。20E負(fù)責(zé)起始昆蟲各齡期幼蟲之間的蛻皮和末齡時(shí)期向蛹的轉(zhuǎn)化，JH則協(xié)調(diào)控制20E調(diào)節(jié)的各項(xiàng)生理活動(dòng)，共同

3、參與調(diào)控蛻皮和變態(tài)過程。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)20E信號(hào)通路的研究比較詳盡，20E信號(hào)調(diào)控途徑比較清晰;相反，JH的研究相對(duì)較少，還不能確定JH的受體，其信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑也不清楚。20E信號(hào)途徑與JH信號(hào)途徑的相互作用了解的也比較少。昆蟲變態(tài)時(shí)會(huì)有一些列形態(tài)和組織結(jié)構(gòu)的變化。其中研究較多的是唾液腺和中腸的重建。昆蟲中腸重建的過程包括幼蟲中腸的凋亡解體和成蟲中腸的分化形成。磷酸酶如何參與調(diào)控蛻皮激素誘導(dǎo)的變態(tài)時(shí)期中腸的凋亡是本論文的研究重點(diǎn)。
　

4、　 2.昆蟲的發(fā)育還受到FoxO的調(diào)節(jié)。FoxO是許多基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控開關(guān)。伴隨FoxO的磷酸化去磷酸化以及與DNA的解離與結(jié)合，可以關(guān)閉或啟動(dòng)某些基因的表達(dá)，從而誘導(dǎo)產(chǎn)生不同的生理反應(yīng)。FoxO作為一個(gè)調(diào)控多種信號(hào)通路的中心分子，在生物體的生命活動(dòng)中占據(jù)重要的位置。我們發(fā)現(xiàn)一個(gè)瘦素受體疊加轉(zhuǎn)錄基因。該基因是維持生物體正常的發(fā)育所必需的，并且對(duì)FoxO具有調(diào)控作用。該基因如何調(diào)控FoxO，影響昆蟲的發(fā)育，也在本論文中有所涉及。
　

5、　 三、研究方法與取得的成果
　　 本文利用鱗翅目昆蟲棉鈴蟲（Helicoverpaarmigera）的表皮細(xì)胞系實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以及蟲體實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，運(yùn)用分子生物學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)技術(shù)，研究了棉鈴蟲PP6基因如何通過參與20E信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和PCD信號(hào)調(diào)控棉鈴蟲的生長(zhǎng)發(fā)育和中腸的凋亡;研究了LepROT對(duì)昆蟲發(fā)育的影響以及在胰島素信號(hào)通路中的作用和對(duì)FoxO的影響，取得如下結(jié)果:
　　 1.20E可以上調(diào)PP6的表達(dá)從而影響變態(tài)時(shí)期中腸的

6、PCD過程
　　 程序性細(xì)胞死亡(programmedcelldeath，PCD)在變態(tài)時(shí)期的昆蟲中腸中起著重要的作用。20E可以推動(dòng)PCD的進(jìn)行。我們鑒定得到了一個(gè)蛋白磷酸酶6(Proteinphosphatase6，PP6)同中腸的PCD有關(guān)。中腸中，該基因可以通過20E的受體EcR1在變態(tài)時(shí)期被蛻皮激素誘導(dǎo)上調(diào)，保幼激素不能上調(diào)PP6的轉(zhuǎn)錄;干擾PP6基因可以影響變態(tài)時(shí)期中腸的PCD過程;PP6對(duì)PCD的調(diào)節(jié)被證明是通過2

7、0E通路中的E75b和HR3，以及凋亡相關(guān)的基因E93，Broad，E74a，rpr和caspase實(shí)現(xiàn)的。這些結(jié)果說明，PP6可以調(diào)控20E信號(hào)途徑，并且可以參與中腸的PCD過程。
　　 2.LepROT可以通過影響PI3K和FoxO調(diào)控昆蟲的發(fā)育
　　 LepROT是持家表達(dá)的基因，不受蛻皮和保幼激素的調(diào)控，也不受胰島素的調(diào)控。干擾LepROT以延緩昆蟲的發(fā)育。LepROT可以調(diào)節(jié)FoxO的表達(dá)和定位。在正常的情況下

8、，F(xiàn)oxO主要表達(dá)在細(xì)胞質(zhì)中。當(dāng)在細(xì)胞系中干擾LepROT時(shí)，F(xiàn)oxO在細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中都有表達(dá)，但是更多的表達(dá)在細(xì)胞核中。在細(xì)胞系中過表達(dá)LepROT，F(xiàn)oxO的表達(dá)將受到抑制。這些結(jié)果說明，LepR對(duì)昆蟲發(fā)育的調(diào)控是通過FoxO實(shí)現(xiàn)的。
　　 四、結(jié)論及意義
　　 本文運(yùn)用分子生物學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，研究了棉鈴蟲發(fā)育過程中PP6和LepROT的功能。發(fā)育中關(guān)于蛋白激酶的研究很多，但是關(guān)于磷酸酶的研究相對(duì)較少。本論