保幼激素的分子作用机制研究

保幼激素(juvenile hormone,JH)和蜕皮激素(20-hydroxyecdysone,20E)是协同调控昆虫发育、变态与生殖的两个重要激素。由于20E的主要分子作用机制已经比较明了,揭示JH的分子作用机制成为过去20多年来昆虫学领域研究的一个重点和难点。国内外多个研究团队利用赤拟谷盗Tribolium castaneum、果蝇Drosophilamelanogaster、烟草天蛾Manduca sexta等为模式,在JH受体的鉴定、JH在昆虫发育变态和生殖中的分子调控机制以及JH与20E在分子水平上的交互作用等方面开展了大量的研究工作,本文就近几年在这些方面取得的主要研究进展作一个综述。     

昆虫多巴胺及其受体的研究进展及展望

多巴胺(dopamine,DA)是一种重要的神经递质,通过特异地结合其相关的多巴胺受体(dopamine receptors,DARs)发挥作用。昆虫DARs可分为D1-like DARs,D2-like DARs和多巴胺/蜕皮激素受体(dopamine/ecdysteroid receptor,DopEcR)。D1-like DARs包含两种亚型即DOP1和DOP2,都能偶联G s蛋白引起胞内cAMP上升,且DOP2还能偶联G q蛋白引起胞内Ca 2+浓度升高;D2-like DARs只有一种亚型DOP3,偶联G i蛋白导致胞内cAMP下降;DopEcR可以同时被DA和蜕皮激素激活。本文综述了近年来关于昆虫DA的调控、多巴胺神经元、DARs的药理学特性及生理功能等方面的研究进展。DA合成、转运和降解过程中的基因调控昆虫的多种表型,如表皮黑化、翅的颜色和图案等。DA在多巴胺神经元中合成和释放,不同类型的多巴胺神经元参与调控不同的功能。随着近年来单细胞测序和DA实时成像技术的兴起,这将有利于进一步探讨特异神经元的功能。不同昆虫DARs的激动剂和拮抗剂活性存在很大异同,这些药理学差异将为以昆虫DARs为作用靶标开发高效选择性杀虫剂提供重要依据。DARs参与调控昆虫的多种生理与行为过程,如取食、学习、记忆、遗忘、求偶、交配、睡眠及觉醒等。随着CRISPR/Cas9技术在不同昆虫中成功地应用,以及结合模式昆虫黑腹果蝇中丰富的遗传学操作手段,这些都将有利于精准解析DARs的功能。     

蚤蝇的昼夜活动节律及睡眠行为研究

蚤蝇是重要的法医昆虫,同时是实验室中遗传、发育和生物测定等研究的重要对象。然而,蚤蝇的昼夜活动节律和睡眠行为及其在脑部的神经网络目前还不清晰。本文通过捕获本地蚤蝇并对其进行分子鉴定,研究了蚤蝇的昼夜活动节律和睡眠行为,同时表征了蚤蝇脑部核心钟神经元和多巴胺神经元。结果表明:蚤蝇在12h光照∶12h黑暗(12L∶12D)条件下不存在对开灯前或关灯前的活动预期,其双峰活动模式是对开关灯的光反应行为。在全黑暗(DD)条件下蚤蝇内源活动周期接近24h。黑腹果蝇神经肽PDF抗体免疫显示蚤蝇脑部核心钟神经元4~5个,不像黑腹果蝇一样存在明显的神经轴突。在睡眠行为上,蚤蝇雄虫和雌虫在整体活动强度、睡眠节律模式、总睡眠上均没有明显差异。相反,雄虫总睡眠次数和晚上睡眠次数低于雌虫,而总睡眠持续时间、晚上睡眠持续时间、总入睡时间和晚上入睡时间高于雌虫。此外,影响睡眠的重要多巴胺神经元在蚤蝇脑部的分布与黑腹果蝇类似。     

果蝇脑内多巴胺水平过高诱发雄性果蝇之间的“同性之恋”

求偶行为对于动物物种的繁衍和其对环境的适应都是非常重要的。果蝇的求偶行为是一个复杂的过程,它包括六个步骤：雄蝇转向雌蝇,拍打,唱求偶歌,舔雌蝇尾端,试图交尾和交尾成功。虽然求偶行为通常发生在异性之间,但某些基因的突变和异位表达可以诱发雄性果蝇间的求偶行为。     

本期重点推介

正保幼激素(JH)是由昆虫咽侧体中合成的一种倍半萜类化合物,是昆虫发育变态的重要调节因子。大猿叶虫Colaphellus bowringi是一种可被长光照诱导进入生殖滞育的十字花科蔬菜害虫。为了探究促咽侧体素(AT)和抑咽侧体素(AST)基因在大猿叶虫生殖滞育准备中的作用,华中农业大学植物科学技术学院田忠和王小平等在克隆鉴定大猿叶虫CbAT,CbAST-B和CbAST-C基因的基础上,利用qRT-PCR检测这3个基因在大猿叶虫注定滞育和注定非滞育雌蛹和雌成虫头部的表达模式,并在通过RNAi分别干扰大猿叶虫注定滞育2日龄雌蛹体内CbAST-B,CbAST-C以及CbAST-B+CbAST-C基因后检测4日龄雌成虫JH信号基因以及卵黄原蛋白基因的表达量变化,结果进一步揭示了昆虫生殖滞育准备期JH信号的上游调控机制(pp. 30-40)。     

昆虫体内的酪胺:合成、降解与生理功能

作为神经活性物质,昆虫体内的酪胺(tyramine, TA)主要在酪胺能神经元中合成,但也可在马氏管主细胞中合成。TA在结合其受体发挥生理功能后,可被突触前膜的转运体(transporter)转运回突触前膜重复利用。N-酰基化可能是昆虫体内TA降解的主要途径。目前,昆虫体内发现的TA受体均属于G蛋白偶联受体,通过与Gi或Gq结合导致cAMP或(和) Ca~(2+)水平的变化,实现信号转导。此外,果蝇神经系统内星型胶质细胞、瞬时感受器电位通道Waterwitch (Wtrw)以及多巴胺能神经元也参与TA的信号转导。TA参与昆虫求偶与交配后行为的调节,与章鱼胺(octopamine, OA)、FMIRFamide神经肽协同调节精子和卵的贮存和排放;还参与调节马氏管排泄,与多巴胺(dopamine, DA)协同调节蜜蜂工蜂的生殖分化,与OA以相互拮抗的方式调节昆虫的运动。飞蝗群居型和散居型个体的分化也受TA和OA的协同调节。TA还可以调节采集蜂资源利用与开发的平衡。现综述该领域相关研究进展并展望未来研究方向。     

保幼激素的分子作用机制

蜕皮激素(ecdysteroids, Ecd)和保幼激素(juvenile hormone, JH)是调控昆虫发育和变态的两种最为重要的昆虫激素。尽管Ecd的分子作用机制已经相当明了,但是,因为迄今为止还没有成功地鉴定出JH受体,人们对JH的分子作用机制还了解甚少。本文从三个方面较为详尽地介绍了近年来JH分子作用机制的相关研究进展：1) JH和Ecd在分子水平上相互作用, JH可以通过改变或者抑制Ecd信号来调控昆虫的发育和变态;2) JH核受体的两个候选基因为Met和USP;3) JH还可以通过膜受体和蛋白激酶C传导信号。     

斑翅果蝇求偶行为的研究

【目的】明确斑翅果蝇Drosophilasuzuki求偶行为的特征及过程、视觉因素与信息素粗提物在求偶行为中的作用。【方法】在室内条件下[温度（24±1）℃、相对湿度65%±5%,光周期14L∶10D],通过一系列的行为实验观察斑翅果蝇的求偶行为特征及过程。【结果】雄虫的求偶特征为当雌雄虫相遇前或相遇时,雌虫腹部末端翘起,雄虫转向追逐雌虫且翅膀展开;当雌虫静止时,雄虫在雌虫前方展开翅膀并伴随翅膀振动,之后雄虫绕到雌虫侧面,使用前足触碰雌虫并很快返回雌虫前方展开翅膀,随后绕到雌虫尾部弯曲腹部试图进行交配。3日龄雌虫的求偶行为次数最多,为（127.4±10.0）次,且求偶高峰期出现在进入光照期后的3-4 h时段内,为（59.2±5.4）次。与单一因素相比,未交配雌虫卵巢粗提物与死亡虫体共同作用时能够显著激发雄虫的求偶行为。进一步观察结果显示,卵巢粗提物对斑翅果蝇未交配雄虫具有显著的引诱效果,但仅有卵巢粗提物出现时并不能显著增强雄虫求偶行为。【结论】能引起斑翅果蝇雄虫求偶的化学物质（性信息素）存在斑翅果蝇雌虫卵巢中,视觉因素和性信息素联合作用才能显著增强雄虫的求偶行为。     

七星瓢虫的卵黄发生:植入雄虫的卵巢中卵黄原蛋白的合成

为了证实七星瓢虫的卵巢能合成卵黄原蛋白, 并查明雄虫体内是否具有卵黄发生所必需的激素环境, 我们将刚羽化雌虫的一侧卵巢或数个卵巢管植入雄虫体内.移植的卵巢或卵巢管在雄虫体内能够发育, 其卵母细胞能沉积卵黄, 一部分可达成熟.体外培养证明移植的卵巢可合成卵黄原蛋白, 但受体雄虫的脂肪体不合成卵黄原蛋白, 而且其血淋巴中也不存在这种蛋白.用保幼激素类似物ZR-512处理受体雄虫, 可促进移植卵巢的发育, 但不能诱导其脂肪体合成卵黄原蛋白.此结果表明, 象大多数昆虫一样, 七星瓢虫的卵黄发生的性二型现象表现在激素的靶组织——脂肪体, 而不是激素本身.     

两种昆虫激素对鹿儿岛被毛孢表观形态的影响

昆虫激素不仅能调控昆虫的生长发育,而且也是昆虫免疫系统的重要调节因子,因此当虫生真菌入侵昆虫寄主体腔并定殖时可能会受其影响。但定殖过程中虫生真菌与昆虫激素之间的直接作用关系尚不清楚。本研究利用不同浓度的蜕皮激素(20E)和保幼激素(JH)模拟鳞翅目昆虫家蚕体内的主要激素水平,对虫生真菌鹿儿岛被毛孢Hirsutella satumaensis进行培养,观察其表观形态特征的变化。结果表明,两种昆虫激素对鹿儿岛被毛孢的表观形态均有不同程度的影响。添加20E和JH培养后,鹿儿岛被毛孢菌落直径和菌丝生物量的变化差异不大;孢子的萌发率稍有下降;而菌落产生的色素和产孢量与对照组相比则呈现显著性变化。菌落色素圈和分生孢子的粘液厚度会随两种激素浓度的增加而增大,而产孢量随激素浓度增加呈先增加后降低的趋势,这说明鹿儿岛被毛孢定殖昆虫血体腔的过程中两种昆虫激素会抑制真菌的生长,而虫生真菌会适应性地做出应答反应,这对于进一步理解虫生真菌在昆虫血体腔中的定殖机理有重要意义。     

雌星豹蛛性信息素的行为学证据

采用星豹蛛(Pardosa astrigera)成熟雄蛛求偶时潜伏时间、静止时间、身体震动和第一墩步足伸展次数等行为参数,利用行为学方法测定了不同性别、日龄和生殖状态的星豹蛛雌蛛释放的拖丝对雄蛛求偶行为的影响。结果表明,雄蛛第一对步足伸展和身体震动等典型求偶行为是进行星豹蛛性信息素生物测定的可靠评价指标。星豹蛛雄蛛能通过拖丝上的性信息素辨别星豹蛛的性别、日龄和生殖状态。雄蛛在成熟3周未交配雌蛛拖丝处理过滤纸上潜伏时间和静止时间都相应最短,在交配未产卵雌蛛、雌亚成蛛和成熟雄蛛拖丝上时间中等,在卵孵化雌蛛拖丝处理滤纸上潜伏时间和静止时间都相应最长。成熟3周未交配雌蛛和交配未产卵雌蛛释放的拖丝都能引起雄蛛第一对步足伸展和身体震动等典型求偶行为,雄蛛对成熟3周未交配雌蛛拖丝典型求偶行为的频率都相应高于交配未产卵雌蛛。卵孵化雌蛛释放的拖丝虽也能引起雄蛛第一对步足伸展行为,但其伸展频率显著降低;而其它拖丝都不能引起雄蛛典型求偶行为。     

昆虫保幼激素生物合成的调节与测定

<正> 保幼激素(JH)是由昆虫的咽侧体(CA)产生。它调节着发育和生殖。从昆虫中已分离出3种具有JH活性的化合物,分别称为JH1、JH2、JH3。它们的生理活性大不相同。JH3是大部分成虫的主要激素,可促进卵巢的发育,所以是一种促性腺激素。JH1和JH2主要在鳞翅目幼虫和蜚蠊若虫内,它们在变态开始就参与这一过程的调节作用,称为变态激素。     

昆虫成虫蜕皮激素研究进展

绝大多数成体昆虫羽化后,幼虫期间负责蜕皮激素合成的前胸腺即发生退化,但在一些内部生理及外部环境因子的调控下,某些成体组织(如生殖腺)可扮演类似前胸腺的角色合成与分泌蜕皮激素。蜕皮激素的功能发挥是经受体介导的,包括核受体(如EcR/USP)和膜受体(如DopEcR),它们广泛表达于成体许多组织,参与成虫行为、生殖、寿命、滞育及免疫应答等众多方面的调节,对维持基本的生理功能具有重要作用。就成虫蜕皮激素的产生组织及影响其滴度的因素、成虫蜕皮激素受体概述与组织分布、成虫蜕皮激素信号通路的功能发挥等研究进展方面加以综述。     

5-HT和DA对虾蟹打斗行为影响的研究进展

5-羟色胺(5-HT)和多巴胺(DA)是两种神经递质,可与众多不同类型的受体结合发挥多种重要的生理功能.现已证明其广泛分布于多种动物的不同组织中,在动物的打斗行为活动中起着重要的调节作用.目前,在虾蟹中已被报道的5-HT受体主要有5种,分别是5-HT1A、5-HT1B、5HT2A、5HT2B和5-HT7;DA受体主要为DA1A、DA1B、DA2和DA4.5-HT和DA及其受体分布存在明显的种属和组织特异性.5-HT和DA参于了虾蟹打斗行为的调节过程并有不同的调节机理.5-HT可以调节环磷酸腺苷(cAMP)或高血糖激素(CHH)的释放,促进或抑制虾蟹打斗行为;而DA同样能够通过调节cAMP及COMT等物质的释放来调节虾蟹打斗行为.     

鱼藤酮对果蝇运动行为及果蝇头部多巴胺合成相关酶基因表达的影响

为了探讨鱼藤酮对黑腹果蝇Drosophila melanogaster运动行为的影响与其头部多巴胺水平之间的关系,我们测定了鱼藤酮对黒腹果蝇成虫运动行为、头部多巴胺水平及酪氨酸羟化酶和多巴脱羧酶基因表达的影响。结果表明：与取食未加入药剂饲料的果蝇相比雌成虫用0.2～0.8 mmol/L、雄成虫用0.1～0.8 mmol/L浓度药液配制的饲料连续饲养6 d后运动能力显著下降,在0.8 mmol/L浓度下雌、雄成虫的运动能力分别仅为对照的55.6%和49.1%。取食用0.8 mmol/L浓度药液配制饲料6,12和21 d的果蝇雌、雄成虫头部多巴胺水平均显著下降,雌成虫头部多巴胺水平分别为对照雌成虫的83.2%,72.3%和59.8%;雄成虫头部多巴胺水平分别为对照雄成虫的79.3%,66.8%和53.2%。用0.8 mmol/L浓度鱼藤酮处理6,12和21d,雌成虫头部酪氨酸羟化酶基因（pale）的表达水平分别为对照的76.3%,51.4%和37.3%,多巴脱羧酶基因（Ddc）的表达水平分别为对照的87.1%,78.2%和63.5%, 均显著下降。结果提示,鱼藤酮可干扰果蝇成虫头部酪氨酸羟化酶和多巴脱羧酶基因的表达,导致果蝇头部多巴胺水平下降,进而影响了果蝇的运动行为。     

吸血昆虫生殖调控的分子机制

吸血昆虫是可以传播病原微生物的一类节肢动物,包括蚊虫、白蛉、蠓、猎蝽、跳蚤等。由于其特殊的吸血习性,它们成为了疟疾、登革热、丝虫病、锥虫病等急性传染性疾病的媒介载体。虫媒疾病具有传播速度快、扩散面积广和危害重等特点,不仅严重危害人类健康,还容易造成巨大的经济损失。由于针对虫媒传染病的药物匮乏以及虫媒病原对化学药物抗性的不断增加,阻断吸血昆虫的生殖成为控制虫媒疾病传播的有效措施。保幼激素(juvenile hormone, JH)和20-羟基蜕皮激素(20-hydroxyecdysone, 20E)在昆虫生殖过程中扮演着重要的角色。JH与胞内受体复合物Met/Tai结合后调控JH/Met靶基因表达,进而促进卵黄发生过程,为昆虫之后的吸血及产卵提供了必要条件;20E胞内受体为EcR/USP组成的异源二聚体,两者结合后激活下游基因表达,诱导卵黄原蛋白(vitellogenin, Vg)合成,为发育的卵巢提供营养。营养信号通路(胰岛素信号通路以及氨基酸介导的雷帕霉素靶蛋白信号通路)同样可以激活Vg合成,促进昆虫生殖;此外,营养信号通路与JH和20E之间可以相互作用共同调控吸血昆虫发育和繁殖。碳水化合物代谢以及脂代谢等能量代谢过程是昆虫生殖过程中主要能量来源,可以满足吸血昆虫生殖发育不同阶段极高的能量需求。研究表明,JH和20E信号通路在能量代谢过程中起着重要的调控作用;微小RNA在蚊虫这一类吸血昆虫中被证明与肠道微生物稳态、血液消化以及脂代谢等生理学过程密切相关,进一步影响了蚊虫卵巢发育。近年来,随着分子生物学及测序技术的革新,吸血昆虫生殖调控机制的研究不断取得新的进展。本文主要阐述了吸血昆虫生殖调控的分子机制研究进展,以期为通过调控吸血昆虫生殖的方法以阻断病原传播提供重要线索。     

保幼激素对昆虫变态发育调控的分子机制

近年来随着保幼激素(juvenile hormone,JH)核受体Methoprene tolerant(Met)被鉴定,JH对昆虫变态发育调控的分子机制的研究取得了极大的进展。本文在介绍Met的鉴定以及分子伴侣Hsp83和核孔蛋白Nup358对Met亚细胞定位调控的基础上,重点阐述了JH-Met-Kr-h1-Br信号通路在完全变态昆虫幼虫至蛹变态过程中的作用以及JH-Met-Kr-h1-E93信号通路在不完全变态昆虫和完全变态昆虫成虫羽化过程中的作用。此外,Met与蜕皮激素(20-hydroxyecdysone,20E)受体复合物EcR/USP的结合、Tai/SRC/FISC分别与Met和EcR/USP结合形成JH功能受体和20E功能受体复合物、JH对20E下游基因E75A的诱导以及USP与JH的结合等分子间的相互作用在JH与20E的互作中所产生的影响也将逐一进行论述。本文还对JH通过膜受体激活PKC和PLC等下游信号通路而发挥生理功能的研究进展进行了概述。     

嗅觉回路中分组神经元之间的非突触抑制

哺乳动物的味蕾和昆虫的化学感受器等感觉器官的受体细胞都有显著的分组(group)现象,其功能尚不清楚。Su等人证实果蝇的相邻嗅觉受体神经元(ORN)之间存在着由非突触结构介导的、能调节嗅觉行为的侧向抑制。该研究成果发表在新一期《Nature》上。     

蜕皮激素在银盾革蜱生殖滞育中的作用(英文)

用高效液相色谱法和放射免疫测定法测定了银盾革蜱滞育雌虫的合神经节、血淋巴、卵巢和整体中蜕皮激素的含量,并与正常发育的雌虫做比较。结果表明,滞育雌虫血淋巴和卵巢中蜕皮激素的含量在饱血后前10天与正常发育雌虫基本上相同。饱血10天以后,滞育雌虫蜕皮激素的含量下降,较正常发育雌虫少得多。蜕皮激素的缺乏影响了卵母细胞的发育。为阐明蜕皮激素对滞育雌虫的影响,在不同时间向银盾革蜱滞育雌虫体内注入不同剂量的β-蜕皮素。刚饱血者注入大剂量(1.375和10000ng/蜱)的β-蜕皮素引起雌虫死亡。饱血后20—30天,注入一定剂量(50,70,100ng/蜱)的β-蜕皮素可以促进卵黄形成,并解除了雌虫的生殖滞育,但其所产的卵量明显少于正常发育的雌虫。应用外源蜕皮激素解除硬蜱雌虫的生殖滞育现象尚属首次报道。     

七星瓢虫雌成虫卵巢发育不同阶段体内保幼激素的含量

本文以大蜡螟Galleria mellonella(L.)为生测昆虫,应用蜡测定法(Wax test)测定了取食天然食物及人工饲料的七星瓢虫雌成虫在不同卵巢发育阶段体内保幼激素(JH)的含量。取食蚜虫者羽化后8日左右(卵巢管内出现第三卵母细胞,卵黄大量沉积即将排卵),雅虫JH含量达到高峰(593.3G.U.),但一经开始排卵(羽化后约10日左右)保幼激素的含量猛然下降。直至持续产卵达10次的雌虫(羽化后约25日)JH含量仍保持在比较平稳的状态。取食人工饲料者卵巢发育缓慢,羽化30日后不产卵个体的JH水平仍很低,仅及取食蚜虫组高峰的1/6。这一结果证实了JH对七星瓢虫雌成虫卵巢发育及排卵的调控,也指出了取食人工饲料的雌虫产卵率及产卵量明显偏低的重要原因。 在应用蜡测法的过程中肯定了JH浓度与大蜡螟蛾中胸背板保持的部分蛹皮面积之部的关系。