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。     

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。     

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。     

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。     

昆虫嗅觉受体及其介导的信号转导机制研究进展

高度灵敏的嗅觉系统,能够帮助昆虫准确识别环境中不同来源的挥发性化合物,在昆虫觅食、交配和产卵等生命活动过程中起着至关重要的作用.通过感觉神经元膜上数量巨大且种类繁多的嗅觉受体,昆虫可以识别不同的气味物质,进而调控其行为.已知的昆虫嗅觉受体主要有三种,离子型受体、气味受体和响应二氧化碳及信息素的味觉受体.目前嗅觉受体的分子结构及其介导的信号转导机制仍然没有得到完整的阐释,嗅觉受体配体的鉴定工作也还任重道远.本综述就昆虫嗅觉受体的结构、进化、功能表征方法以及气味受体介导信号转导的机制等方面的研究进展进行了综述,以期对研究昆虫嗅觉编码和调控,以及昆虫与植物间互作提供一定的理论参考.     

昆虫卵黄原蛋白受体( VgＲs) 及其主要功能综述

卵黄原蛋白受体(VgRs)属于低密度脂蛋白受体家族成员,具有该家族典型的保守结构域,包括配体结合域,表皮生长因子前体同源域,跨膜域,O-联糖功能域,以及胞质尾域。昆虫VgRs通常具有卵巢特异性,是卵黄原蛋白Vg的专一性胞吞作用受体,可介导Vg进入昆虫卵母细胞,而后沉淀积累形成昆虫生殖必须的卵黄蛋白YP。VgRs介导的胞吞作用是一个动态循环过程,它是卵黄发生的基础,对昆虫卵母细胞发育起着至关重要的作用。近年来的研究表明,VgRs不仅与卵巢激活、卵黄发生与卵子形成密切相关,而且在昆虫信息交流、社会分化、行为构建以及免疫调控等中也起到了至关重要的作用,已成为潜在的害虫控制新靶标。本文首次对昆虫VgRs基因的序列信息,分子结构,系统进化,表达模式以及调控功能等方面进行了综述,旨在为了解VgRs基因的研究进展及前景提供参考,对进一步改进害虫生态控制的策略和措施也具有指导意义。     

家蚕神经肽及其受体的功能和信号转导机制研究进展

神经肽是一类由神经分泌细胞分泌、用于调节生物胞间信号传递的信号分子,其信号分子的膜定位、相应胞内信使的激活以及一系列级联反应的引发,是由存在于细胞表面的特异性受体分子来完成的。神经肽及其受体能够调控昆虫的几乎所有生命活动,在昆虫生长发育中起着关键作用。家蚕Bombyx mori作为鳞翅目昆虫的模式物种,是昆虫生长发育与生理学研究的重要模型。特别是家蚕基因组测序完成后,越来越多的家蚕神经肽及其受体被鉴定,并发现其在家蚕的生长发育、取食消化、蜕皮、滞育、繁殖、吐丝结茧等各种生理活动中都发挥了重要的调节作用。本文综述了家蚕重要神经肽的种类及其对家蚕取食消化、蜕皮变态、生殖发育等的调控作用,探讨了神经肽通过结合特异性受体而激活细胞内ERK、TOR等下游信号通路的分子作用机制,以期为昆虫神经肽及其受体研究提供借鉴和参考,并以此推进家蚕功能基因的研究,促进蚕丝产业的发展。     

植物受体激酶BAK1研究进展

植物受体激酶BAK1在多个信号转导路径上独立的多角色功能,成为拟南芥受体激酶610个成员中最受关注的成员之一。BAK1是一个典型的富亮氨酸重复序列的跨膜受体激酶,属于LRR-RKⅡ家族,在结构上由胞外结合域、跨膜区以及胞内激酶结构域三部分构成。最初BAK1被鉴定为BRI1和FLS2的双元受体,分别参与调控植物油菜素内酯BR的信号转导及病原相关模式分子PAMPs引发的免疫反应,近期又有多个BAK1的互作组分被相继发现,如EFR、AvrPto、PEPR1/2、PUB13、BIR1、BON1等。该文从BAK1的分子结构,BAK1所在SERKs家族的功能冗余,对油菜素内酯路径的信号调控,参与病菌识别防御反应的先天免疫和调控细胞凋亡等方面对近年来国内外的相关研究进展进行综述,以明确目前研究所面临的问题。     

昆虫多巴胺及其受体的研究进展

多巴胺（dopamine, DA）是脊椎动物和无脊椎动物体内一种重要的生物胺, 其参与调控了昆虫的多种生理反应和行为过程, 如学习与记忆、 认知、 性取向、 抉择、 运动以及型变等。多巴胺主要通过结合特异性的G蛋白偶联受体, 即多巴胺受体（dopamine receptors, DARs）来发挥生理作用。本文综述了多巴胺在昆虫中的调控、 分布及所参与的生理功能, 如多巴胺调控昆虫的交配、 发育、 嗅觉以及运动行为等, 特别对DARs的信号转导、 生理功能以及药理学等方面进行了详细评述。昆虫的DARs大致可分为两大类： D1-like DARs和D2-like DARs。D1-like DARs包含有2种亚型, 分别为DOP1和DOP2。DOP1仅能偶联胞内cAMP的上升, 而DOP2不仅可以起胞内cAMP的上升, 还可偶联胞内Ca²⁺的释放。 D2-like DARs仅包含有1种亚型DOP3, 其被激活后引起胞内cAMP的降低。DA通过激活不同的DARs可偶联不同的第二信使系统, 所产生的下游细胞反应则与昆虫的各种行为相关, 而对昆虫DARs的药理学研究将有助于我们开发特异性的杀虫剂用于害虫防治。     

类受体激酶调控根生长发育的研究进展

类受体激酶是一类具有激酶活性的单次跨膜受体,通过接收和传递胞外信号调控细胞的生理反应,参与植物生长发育过程。植物根在生长发育过程中受到大量的外部刺激和内源性发育信号的影响,植物必须通过整合这些信号并转化为细胞反应,才能适应不断变化的环境条件;植物类受体激酶作为细胞膜上的信息监测者,通过与外源和内源信号的通讯调控根的生长发育。该文对近年来国内外有关类受体激酶的结构、分类及其作用机制,特别是植物类受体激酶在根发育信号转导途径中的功能和作用等方面的研究进展进行综述,为进一步揭示植物类受体激酶在根生长发育中的功能及其作用机制提供参考。     

Juvenile hormone receptor Met regulates sleep and neuronal morphology via glial-neuronal crosstalk

Juvenile hormone(JH) is one of the most important hormones in insects since it is essential for insect development. The mechanism by which JH affects the central nervous system still remains a mystery. In this study, we demonstrate that one of the JH receptors, Methoprene-tolerant(Met), is important for the control of neurite development and sleep behavior in Drosophila. With the identification of Met-expressing glial cells, the mechanism that Met negatively controls the mushroom body(MB) b lobes fusion and positively maintains pigment-dispersing factor s LNvs projection pruning has been established. Furthermore, despite the developmental effects, Met can also maintain nighttime sleep in a developmentindependent manner through the a/b lobe of MB. Combining analyses of neuronal morphology and entomological behavior, this study advances our understanding of how the JH receptor regulates the nervous system.     

Interaction of proteins involved in ecdysone and juvenile hormone signal transduction

Ecdysteroids and juvenile hormones (JH) regulate a variety of developmental, physiological, behavioral, and metabolic processes. Ecdysteroids function through a heterodimeric complex of two nuclear receptors, ecdysone receptor (EcR) and ultraspiracle (USP). An 85 kDa protein identified in Drosophila melanogaster methoprene-tolerant (Met) mutant binds to JH III with high affinity, and the mutant flies are resistant to juvenile hormone analog (JHA), methoprene. Reporter assays using the yeast two-hybrid system were performed in order to study the molecular interactions between EcR, USP and Met. As expected, EcR fused to the B42 activation domain and USP fused to the LexA DNA binding domain interacted with each other and supported induction of the reporter gene in the presence of stable ecdysteroid analog, RG-102240 or steroids, muristerone A and ponasterone A. The USP:USP homodimers supported expression of the reporter gene in the absence of ligand, and there was no significant increase in the reporter activity after addition of a JHA, methoprene. Similarly, Met:Met homodimers as well as Met:EcR and Met:USP heterodimers induced reporter activity in the absence of ligand and addition of ecdysteroid or JH analogs did not increase the reporter activity regulated by either homodimers or heterodimers of Met protein. Two-hybrid assays in insect cells and in vitro pull-down assays confirmed the interaction of Met with EcR and USP. These data suggest that the proteins that are involved in signal transduction of ecdysteroids (EcR and USP) and juvenile hormones (Met) interact to mediate cross-talk between these two important hormones. Arch. Insect Biochem. Physiol. 2008. (c) 2008 Wiley-Liss, Inc.