飞蝗变态前后脂肪体细胞功能发生转变的分子机制研究
批准号:
32102215
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
何琼杰
依托单位:
学科分类:
农业昆虫学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
何琼杰
中文摘要
昆虫脂肪体相当于脊椎动物的肝脏和脂肪组织,在昆虫的变态过程,脂肪体经历了从主要执行能量储存与代谢到大量合成蛋白质的功能转变,但是其分子调控机制仍不明确。飞蝗属于不完全变态昆虫,保幼激素具有在幼虫中拮抗蜕皮激素调控昆虫的变态和在成虫中促进生殖的双重功能,我们发现飞蝗幼虫脂肪体在保幼激素类似物的诱导下不能合成大量的卵黄原蛋白,而成虫脂肪体在保幼激素类似物的诱导下则具备合成大量卵黄原蛋白的能力。本项目通过对雌性飞蝗若虫和成虫的脂肪体进行转录组测序和KEGG信号通路分析,比较若虫脂肪体和成虫脂肪体中的差异表达基因,挑选出在成虫高表达的与细胞器合成相关的基因作为候选基因,利用RNA干扰技术结合表型观察,鉴定候选基因中调控细胞器合成且促进卵黄发生的关键基因;利用定量PCR、免疫组织化学、荧光素酶检测和染色质免疫沉淀等技术,建立激素与关键基因的调控关系,进一步完善保幼激素调控飞蝗卵黄发生的分子机制。
英文摘要
Insect fat body is equivalent to the liver and adipose tissue of vertebrates. During the metamorphosis of insects, fat body has undergone the functional transformation from mainly performing energy storage and metabolism to synthesizing a large number of proteins, but its molecular regulation mechanism is still unclear. Locusta migratoria belongs to incomplete metamorphosis insects. Juvenile hormone has dual functions of antagonizing ecdysone in larvae, regulating insect metamorphosis and promoting reproduction in adults. We found that larval fat body can‘t synthesize a lot of vitellogenin under the induction of juvenile hormone analogues, while adult fat body can synthesize a lot of vitellogenin under the induction of juvenile hormone analogues. In this project, transcriptome sequencing and KEGG signal transduction analysis of fat body in nymph and adult females of the locusts migratory, comparing the differentially expressed genes in nymph and adult fat bodies, and the genes associated with organelle synthesis were selected as candidate genes. The RNA interference technique combined with phenotypic observation was used to identify the candidate genes that regulate organelle synthesis and promote their synthesis. By using quantitative PCR, immunohistochemistry, luciferase detection and chromatin immunoprecipitation techniques, we established the regulatory relationship between JH and key genes, and further improved the molecular mechanism of juvenile hormone regulating the vitellogenesis of Locusta migratoria.
飞蝗能暴发成灾的原因之一是其具有强大的生殖力,脂肪体是卵黄原蛋白(Vg)合成的关键场所,羽化前若虫脂肪体细胞凋亡、自噬和解离,羽化后成虫脂肪体经细胞增殖实现重塑,完成从能量储存、代谢、解毒等向大量合成Vg等蛋白质的功能转变,从而满足生殖需求。因此,重塑是脂肪体合成大量Vg的基础。目前,关于幼虫脂肪体解体的分子机制已经在果蝇、家蚕等全变态昆虫中被广泛报道,而成虫脂肪体功能转变的机制研究还不清晰。.通过研究我们发现,明确了飞蝗脂肪体从末龄若虫变态到成虫生殖期经历了显著的重塑。首先,从末龄幼虫到成虫卵黄生成前期,脂肪体解体并经细胞增殖完成组织重建,具备了合成Vg的能力。随后,从成虫卵黄蛋白生成前期到卵黄蛋白生成期,脂肪体细胞由有丝分裂向细胞多倍化转变,即发生了细胞命运改变,具备了合成大量Vg的能力。本项目主要围绕脂肪体重塑的这两个过程,研究结果表明线粒体生物发生(Mitochondrial biogenesis)是细胞增殖介导的组织重建所必需的,解析了转录因子CREBB是线粒体生物发生的关键调控因子。进一步揭示了营养信号和保幼激素(JH)在激活CREBB转录活性与线粒体生物发生中发生关键作用。在成虫脂肪体细胞命运改变的研究中,解析了骨形态发生蛋白(BMP)信号通路的作用及机制。我们发现在卵黄生成前期,BMP信号经Mad/Medea转录复合物促进细胞增殖和组织重建;到了卵黄生成期,随着血淋巴中JH滴度上升,Medea蛋白稳定性下降。解析了JH通过Fzr调控Medea的泛素化进而抑制了脂肪体细胞增殖,最终促进了成虫脂肪体细胞命运转变。本项目研究结果加深了对飞蝗生殖机制的理解,为控制飞蝗种群提供理论依据。
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