Convergent Adaptation of Ootheca Formation as a Reproductive Strategy in Polyneoptera.
Convergent Adaptation of Ootheca Formation as a Reproductive Strategy in Polyneoptera.
复制标题
卵壳形成的趋同适应作为多新翅目的繁殖策略
DOI：
10.1093/molbev/msac042
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发表时间：
2022-03-02
影响因子：
10.7
通讯作者：
Li S
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Du E;Wang S;Luan YX;Zhou C;Li Z;Li N;Zhou S;Zhang T;Ma W;Cui Y;Yuan D;Ren C;Zhang J;Roth S;Li S
昆虫进化出了众多适应性特征，并在多样的陆地环境中繁衍生息。包括网翅目昆虫（蟑螂和螳螂）和蝗虫在内的几种新翅类昆虫，都进化出了卵鞘，但关于卵鞘形成的分子机制、生理功能及进化意义，我们所知甚少。在此，我们证实蟑螂不对称的附腺会产生卵黄原蛋白、富含脯氨酸的蛋白质以及富含甘氨酸的蛋白质，这些是卵鞘的主要结构蛋白（OSPs）。这些蛋白通过原儿茶酸途径与多巴色素及多巴胺色素子途径协同作用，发生硬化和黑化，从而形成卵鞘。从功能上看，卵鞘结构蛋白的硬化和黑化可防止卵在温热干燥的环境中失水，进而有效维持胚胎的活力。网翅目昆虫和蝗虫趋同进化出卵黄原蛋白、载脂蛋白D和层粘连蛋白作为卵鞘结构蛋白，而在网翅目内部，蟑螂和螳螂则分别独立进化出富含甘氨酸的蛋白质和丝心蛋白作为卵鞘结构蛋白。趋同进化形成的卵鞘体现了重要的生态进化意义，它是新翅类昆虫成功的繁殖策略，推动了蟑螂、螳螂和蝗虫的辐射演化与生存发展。
Insects have evolved numerous adaptations and colonized diverse terrestrial environments. Several polyneopterans, including dictyopterans (cockroaches and mantids) and locusts, have developed oothecae, but little is known about the molecular mechanism, physiological function, and evolutionary significance of ootheca formation. Here, we demonstrate that the cockroach asymmetric colleterial glands produce vitellogenins, proline-rich protein, and glycine-rich protein as major ootheca structural proteins (OSPs) that undergo sclerotization and melanization for ootheca formation through the cooperative protocatechuic acid pathway and dopachrome and dopaminechrome subpathway. Functionally, OSP sclerotization and melanization prevent eggs from losing water at warm and dry conditions, and thus effectively maintain embryo viability. Dictyopterans and locusts convergently evolved vitellogenins, apolipoprotein D, and laminins as OSPs, whereas within Dictyoptera, cockroaches and mantids independently developed glycine-rich protein and fibroins as OSPs. Highlighting the ecological-evolutionary importance, convergent ootheca formation represents a successful reproductive strategy in Polyneoptera that promoted the radiation and establishment of cockroaches, mantids, and locusts.
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