神经酰胺合酶对褐飞虱个体发育及攀爬行为的调控及其机制

批准号:
31901875
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
23.0 万元
负责人:
史肖肖
依托单位:
学科分类:
C1402.农业昆虫学
结题年份:
2022
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
--
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中文摘要
神经酰胺是一类重要的鞘脂类物质,它不仅作为细胞膜的重要组成成分,也作为第二信使参与细胞的增殖和凋亡,影响生物体的生长和发育。神经酰胺的合成由限速酶神经酰胺合成酶(CerS)调控。本研究以水稻害虫褐飞虱为研究对象,对其体内神经酰胺合酶的同源基因进行筛选克隆,并验证其生物学功能。通过实时定量PCR,明确神经酰胺合酶同源基因在褐飞虱不同龄期不同组织中的时空表达特性;通过体外细胞表达,明确神经酰胺合酶的亚细胞表达特征,了解其体外酶活反应、酶的理化性质;通过RNAi及抑制剂FB1饲喂的方法,降低褐飞虱体内神经酰胺合酶的表达,探明神经酰胺合酶对褐飞虱个体发育及攀爬行为的影响;通过LC-MS/MS,检测神经酰胺合酶被抑制后鞘脂类代谢物质的含量变化,探明神经酰胺合酶的调控机制;最后,通过神经酰胺等鞘氨醇物质对昆虫细胞的处理,来进一步验证褐飞虱神经酰胺合酶调控褐飞虱生长和行为的假说。
英文摘要
Ceramide is one of the most important sphingolipid species, which acts not only as structural components of cellular membrane, but also as second messengers to participate the developmental physiological processes by initiating cellular differentiation and apoptosis. The synthesis of ceramides is catalyzed by the speed-limited enzyme ceramide synthase (CerS). The CerS gene homologues of brown planthopper (BPH), the most important rice pest, will be isolated and their functions will be elucidated in this project. The expression pattern of CerS homologues in different stages and tissues of BPH will be drawn by the quantitative PCR. The subcellular locations, enzymatic activities and enzymatic characteristics of CerS will be studied by the gene overexpression in vitro. After the down-regulation of the CerS expression which conducted by RNA interference or the application of enzymatic inhibitor FB1, the BPH development and climbing behavior will be observed. Meanwhile, the variation of sphingolipids concentrations caused by the inhibition of CerS also will be measured by LC-MS/MS, in order to explain the mechanism underlying the BPH physiological changes. The insect cell lines will be treated by the metabolites of CerS (ceramide) to confirm the biological functions of CerS and give a better understanding of mechanism how CerS mediates the cellular processes.
神经酰胺不仅是细胞膜的重要组成成分,还作为信号传导物质参与细胞的增殖、凋亡,影响个体生长发育。从头合成途径中,丝氨酸棕榈酰转移酶(serine palmitoyl transferase, SPT)催化丝氨酸与脂肪酸CoA发生酰基化反应,生成二氢鞘氨醇。二氢鞘氨醇可在神经酰胺合酶(ceramide systhase, CerS)的作用下生成二氢神经酰胺。鞘磷脂途径中,鞘磷脂酶(Sphingomylinase, SMase)分解鞘磷脂生成神经酰胺和磷酸胆碱。本项目对褐飞虱(重要水稻害虫)CerS及其亚型CerS-like进行了基因克隆、进化分析及时空表达分析,发现CerS在褐飞虱雌成虫及卵巢中的高表达,而CerS-like广谱表达;通过基因干扰、解剖、抑制剂处理、体外饲喂、qPCR等技术方法,验证了CerS而非CerS-like调控褐飞虱的卵巢发育;利用高效液相色谱,对CerS及CerS-like的合成功能进行了验证,其中CerS显著调控C20-,C22 Ceramide的合成,而CerS-like干扰后神经酰胺含量变化不明显;透射电镜、酶活测定结果表明,低表达CerS会促进褐飞虱卵巢细胞发生凋亡;转录组分析显示,鞘脂类代谢与褐飞虱蜕皮激素、保幼激素代谢紧密相关,低表达的CerS会抑制蜕皮激素的合成,从而阻碍褐飞虱卵巢的发育;抑制SPT1/SPT2基因的表达,同样会导致褐飞虱卵巢发育畸形;综合分析NlCerS及SPT1基因干扰后褐飞虱体内鞘脂类物质含量变化,结果表明低水平的神经酰胺而非鞘氨醇物质会导致褐飞虱卵巢发育畸形;之前研究发现,高水平的神经酰胺并不能促进褐飞虱卵巢发育。综上,褐飞虱卵巢的正常发育需要神经酰胺物质维持一定的稳态平衡,过高或过低的神经酰胺均会抑制褐飞虱的种群繁殖。此外,本项目还验证了褐飞虱NlSMase1-NlSMase4对卵巢发育的调控功能,揭示了鞘脂类代谢与甘油二酯DAG以及PKC代谢途径的密切关系;验证了黑肩绿盲蝽神经酰胺酶ClAC在高温条件下的应激反应,解析了鞘脂类代谢对氧化还原酶类的调控作用;综上,从鞘脂类代谢的角度,揭示了稻飞虱种群生物学的调控机制,发掘潜在害虫种群的“内禀控制因子”,为稻飞虱的可持续治理打下坚实的基础。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Neutral Ceramidase Is Required for the Reproduction of Brown Planthopper, Nilaparvata lugens (Stål).
褐飞虱 Nilaparvata lugens (Stàl) 的繁殖需要中性神经酰胺酶
DOI:10.3389/fphys.2021.629532
发表时间:2021
期刊:Frontiers in physiology
影响因子:4
作者:Shi XX;Zhu MF;Wang N;Huang YJ;Zhang MJ;Zhang C;Ali SA;Zhou WW;Zhang C;Mao C;Zhu ZR
通讯作者:Zhu ZR
Knockdown of sphingomyelinase (NlSMase) causes ovarian malformation of brown planthopper, Nilaparvata lugens (Stål)
鞘磷脂酶 ( NlSMase ) 的敲低导致褐飞虱 Nilaparvata lugens (St?l) 卵巢畸形
DOI:10.1111/imb.12767
发表时间:2022
期刊:Insect Molecular Biology
影响因子:2.6
作者:Xiao-Xiao Shi;He Zhang;Md. Khairul Quais;Ming Chen;Ni Wang;Chao Zhang;Cungui Mao;Zeng‐Rong Zhu
通讯作者:Zeng‐Rong Zhu
Sphingolipid composition and metabolism differ in three auchenorrhynchous pests of rice
三种水稻真喉害虫的鞘脂组成和代谢存在差异
DOI:10.1016/j.aspen.2021.06.013
发表时间:2021-07
期刊:Journal of Asia-Pacific Entomology
影响因子:1.5
作者:Zhang Min-Jing;Shi Xiao-Xiao;Bai Yue-Liang;Zhou Wen-Wu;Zhu Zeng-Rong
通讯作者:Zhu Zeng-Rong
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