蜕皮激素与其受体EcR-USP的转录调控机制

蜕皮激素20-羟基蜕皮酮(20-hydroxyecdysone, 20E)是一种典型的类固醇激素, 主导调控昆虫的蜕皮、变态、生殖等重要生理过程。20E受体EcR-USP已被鉴定近20年, 20E与其受体复合物的转录调控机制也有了许多重要突破。已有研究表明： （1）20E受体由核受体EcR和USP形成; （2）EcR-USP异源二聚体在分子伴侣蛋白复合物的协助下获得DNA结合活性; （3）20E通过解除共阻遏因子和募集共激活因子来激活EcR USP异源二聚体并启动下游基因的转录; (4）20E-EcR-USP配体-受体复合物引发20E初级应答基因的表达, 由20E初级反应基因编码的转录因子诱导表达的20E次级应答基因级联放大20E信号, 从而调控昆虫蜕皮、变态、生殖等生理过程。     

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。     

昆虫保幼激素受体的研究与应用进展

保幼激素(juvenile hormone, JH)是昆虫内分泌系统中的关键激素之一,对昆虫生长发育、变态、繁殖起着重要的调控作用。近年来有关JH的分子作用机制取得了极大的进展,主要得益于JH受体的鉴定,大量研究表明JH可通过胞内受体和膜受体两个途径来发挥生理调控功能。本文将从JH胞内受体Met的发现及鉴定、Met转录活性的调控因素、Met功能研究进展,以及Met作为JH受体在JH激动剂及拮抗剂筛选中的应用等方面对JH胞内受体的研究进展进行重点阐述;同时综述了有关JH膜受体的信号通路以及膜受体与核受体的互作等方面的研究进展。     

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。     

昆虫蜕皮激素受体及其类似物的杀虫机制研究进展

昆虫的蜕皮、变态和繁殖受到蜕皮激素的严格调控。蜕皮激素作用靶标由蜕皮激素受体（ecdysteroid receptor, EcR）和超气门蛋白（ultraspiracle protein, USP）组成,蜕皮激素与EcR/USP作用启动蜕皮级联反应过程。昆虫EcR具有种类或类群的特异性,研究其结构、功能和调控机理在开发环境友好型新药剂和基因调控开关等方面具有重要指导作用。该文介绍了昆虫EcR的结构和功能特点,蜕皮激素及其类似物与EcR/USP的分子作用方式,以及基于EcR/USP的新杀虫剂创制和基因调控开关设计等方面的重要进展。     

昆虫蜕皮激素受体研究进展

昆虫的蜕皮激素(molting hormone,MH)是甾醇类激素,在昆虫体内的活性形式为20-羟基蜕皮酮(20-hydroxyecdysone,20E)。在昆虫的正常发育过程中,昆虫的蜕皮、变态和繁殖受到蜕皮激素的调控。昆虫蜕皮激素受体(ecdysone receptor,EcR)和超气门蛋白(ultraspiracle,USP)均属于核受体超家族成员,具有核受体的结构特征,包括A/B域(转录激活域transactivation domain)、C域(DNA结合域DNA-binding domain,DBD)、D域(铰链域hinge region)、E域(配体结合域ligand binding domain,LBD)和F域。蜕皮激素受体在昆虫蜕皮、变态和繁殖等重要的生命过程中的级联反应启动位置,对昆虫的生长发育和繁殖的正常完成有着非常重要的作用。蜕皮激素通过与蜕皮激素受体和超气门蛋白组成的复合体相互作用,然后启动一系列级联反应的过程。本文介绍了EcR和USP的结构和功能,以及它们与蜕皮激素相互作用的机理,并对EcR在农业害虫防治等方面的应用进行了介绍,并讨论了研究中遇到的问题以及对未来的研究进行展望。     

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。     

茶尺蠖蜕皮激素受体基因Eo-EcR的克隆、生物信息学分析和表达检测

【目的】蜕皮激素受体(ecdysteroid receptor,EcR)是一种超家族核受体,它能与超气门蛋白USP组成异源二聚体复合物EcR/USP,调节20-羟基蜕皮酮(20E)的生物活性,进而调控昆虫的发育、变态及繁殖等生命过程。本研究旨在克隆茶尺蠖Ectropis obliqua Prout EcR基因全长,并了解该基因的编码蛋白特征和时空表达模式。【方法】通过RT-PCR方法并结合RACE技术,克隆茶尺蠖EcR的基因全长,通过生物信息学软件和在线网站分析茶尺蠖EcR的生物学特性,通过实时荧光定量PCR(real-time quantitative PCR,qRT-PCR)技术比较茶尺蠖EcR在不同发育时期和6龄幼虫不同组织中的相对表达含量。【结果】克隆并鉴定了茶尺蠖EcR基因,将其命名为Eo-EcR(基因登录号:KP869130.1),Eo-EcR全长2 268 bp,含有1 728 bp开放阅读框,编码576个氨基酸。系统进化树和氨基酸同源性比对表明,Eo-EcR具有相对保守的进化特性,特别是与鳞翅目昆虫的保守性最高。三级结构模拟和功能结构域预测表明,Eo-EcR具有3个经典的结构模型,并以α螺旋为主,功能位点单一且为C4型锌指结构。qRT-PCR结果表明,Eo-EcR在5龄和6龄幼虫期以及成虫期表达量较高,在其他龄期表达量变化不大;同时在前胸腺表达量最高,在血淋巴表达量最低。【结论】明确了Eo-EcR的核苷酸序列及编码蛋白特征,明确了Eo-EcR的时空表达特性。该研究结果为进一步研究Eo-EcR的分子功能和基于Eo-EcR为靶标杀虫剂的研制奠定分子基础。     

斜纹夜蛾酵母双杂交文库的构建及其在蜕皮激素受体互作蛋白筛选中的应用

【目的】蜕皮激素在昆虫变态发育中起着关键的调控作用。蜕皮激素活化为20-羟基蜕皮酮(20-hydroxyecdysone,20E)后与蜕皮激素受体二聚体〔蜕皮激素受体(ecdysone receptor,EcR)和超气门蛋白(ultraspiracle protein,USP)〕结合,启动20E诱导的级联反应。本研究旨在从互作蛋白角度探究EcR/USP自身调控的分子机理。【方法】以重要农业害虫斜纹夜蛾Spodoptera litura为研究对象,通过构建酵母双杂交筛选系统分别筛选了与EcR和USP相互作用的蛋白。【结果】文库转化效率达到3.0×106cfu/μg,文库滴度达到1.3×108cfu/m L,文库插入片段大小在500~2 000 bp之间。4种诱饵质粒(EcRA/p GBKT7,EcRB1/p GBKT7,USP1/p GBKT7和USP2/p GBKT7)对酵母细胞无毒性,并且无自激活性,说明构建的酵母双杂交文库质量可靠。用以上4种诱饵质粒筛选酵母双杂交文库,共得到110个互作蛋白,其中与EcRB1,USP1和USP2互作的蛋白分别有26,52和32个,未筛选到与EcRA互作的蛋白。随后,从中挑选了Dna J-5(Hsp40 homolog 5,一种热激蛋白分子伴侣),MBF2(mediator of Bm FTZ-F1 type 2,一种转录共激活子),polyubiquitin(多聚泛素类蛋白),esr16(ecdysteroid regulated 16k Da protein,一种蜕皮激素调控蛋白)和NEDD8-like(neural precursor cell expressed,developmentally down-regulated protein 8,一种泛素调节相关蛋白)5种蛋白,利用酵母双杂交和Far-Western印迹法进一步验证了蛋白间的互作关系。【结论】分子伴侣和泛素化修饰等在蜕皮激素受体调控中可能起着重要作用。本研究对深入理解昆虫变态发育的分子机理具有重要意义。     

尺蠖蜕皮激素受体基因Eo-EcR 的克隆、生物信息学分析和表达检测

【目的】蜕皮激素受体（ecdysteroid receptor, EcR）是一种超家族核受体,它能与超气门蛋白USP组成异源二聚体复合物EcR/USP,调节20 羟基蜕皮酮（20E）的生物活性,进而调控昆虫的发育、变态及繁殖等生命过程。本研究旨在克隆茶尺蠖 Ectropis obliqua Prout EcR基因全长,并了解该基因的编码蛋白特征和时空表达模式。【方法】通过RT-PCR方法并结合RACE技术,克隆茶尺蠖EcR的基因全长,通过生物信息学软件和在线网站分析茶尺蠖EcR的生物学特性,通过实时荧光定量PCR（real-time quantitative PCR, qRT-PCR）技术比较茶尺蠖 EcR 在不同发育时期和6龄幼虫不同组织中的相对表达含量。【结果】克隆并鉴定了茶尺蠖EcR基因,将其命名为 Eo-EcR（基因登录号: KP869130.1）,Eo-EcR全长2 268 bp,含有1 728 bp开放阅读框,编码576个氨基酸。系统进化树和氨基酸同源性比对表明,Eo-EcR具有相对保守的进化特性,特别是与鳞翅目昆虫的保守性最高。三级结构模拟和功能结构域预测表明,Eo-EcR具有3个经典的结构模型,并以α螺旋为主,功能位点单一且为C₄型锌指结构。qRT-PCR结果表明,Eo-EcR在5龄和6龄幼虫期以及成虫期表达量较高,在其他龄期表达量变化不大;同时在前胸腺表达量最高,在血淋巴表达量最低。【结论】明确了Eo-EcR的核苷酸序列及编码蛋白特征,明确了Eo-EcR的时空表达特性。该研究结果为进一步研究Eo-EcR的分子功能和基于Eo-EcR为靶标杀虫剂的研制奠定分子基础。     

昆虫蜕皮激素信号转导途径研究进展

蜕皮与变态是全变态昆虫典型的发育特征。调控昆虫蜕皮与变态的激素主要有蜕皮激素和保幼激素。目前已经阐明了蜕皮激素的核受体EcR及部分核信号转导途径,但蜕皮激素是否存在膜受体及膜信号转导途径研究很少。研究证明,蜕皮激素存在细胞质中的信号转导分子和途径,蜕皮激素通过NTF2和Ran调控EcR入核启动基因转录。蜕皮激素使细胞质中的热休克蛋白Hsc70部分入核与USP结合启动基因转录。蜕皮激素通过蛋白激酶PKC使伴侣蛋白calponin磷酸化,参与蜕皮激素信号途径的基因转录。这些研究结果说明蜕皮激素除了有核受体和核受体信号转导途径外,还存在细胞膜受体和细胞膜信号转导途径。     

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。     

昆虫保幼激素的生殖调控机制研究进展

保幼激素（Juvenile hormone,JH）是昆虫特有的一类倍半萜烯类激素。JH在幼/若虫中主要通过拮抗蜕皮激素20E信号影响变态发育,从而维持昆虫幼虫性状。JH在成虫中作为促性腺激素,通过调控雌雄一系列生理和行为促进生殖。JH信号调控雌性生殖主要包括促进卵巢卵子发生、卵黄发生、排卵、滞育、雌性性信息素合成、肠道和卵巢等器官的大小适应性调整等。JH信号促进雄性生殖,主要包括促进附性腺精液蛋白的合成、羽化后调节雄性性行为,进而促进生殖。本文从雌雄性昆虫角度分别阐述JH信号调控生殖的机制,以期为深入探明JH调控昆虫生殖的作用机制提供参考。     

RNA干扰对家蚕丝腺蜕皮激素相关基因表达的影响

昆虫变态发育过程中,蜕皮激素通过一系列的激素相关转录因子进行信号的转导和放大,从而完成对生长变态发育的调控,其中蜕皮激素受体(EcR)及转录因子BR-C和E74A可能作为早期因子发挥作用.为了研究这3个早期转录因子在鳞翅目昆虫中的功能,本研究采用体外合成dsRNA的方法,将合成的dsRNA分别注射熟蚕期的家蚕Bomby...     

蜕皮激素和IIS-TORC1信号的分子互作

蜕皮激素信号主导调控昆虫的蜕皮和变态,决定昆虫的发育时间;IIS-TORC1信号整合生长因子、激素、营养和能量信号,决定昆虫的生长速率。蜕皮激素和IIS-TORC1信号之间发生3种分子互作:(1)IIS-TORC1信号促进前胸腺和卵巢合成蜕皮激素前体。(2)在蜕皮和变态期间,蜕皮激素抑制脂肪体细胞内IIS-TORC1信号、Myc的转录、细胞生长及其内分泌功能,导致脑神经分泌细胞分泌胰岛素样肽的功能减弱,从而降低昆虫全身性的IIS-TORC1信号。(3)在幼虫摄食期间,胰岛素信号抑制FOXO的转录活性,降低了蜕皮激素受体EcR的转录共激活因子DOR编码基因的转录水平,从而阻碍了蜕皮激素信号传导。蜕皮激素信号和IIS-TORC1信号协同调控发育时间和生长速率共同决定昆虫的个体大小。     

小菜蛾保幼激素受体PxMet-1和PxMet-2的原核表达、纯化及与保幼激素的结合模式

【目的】昆虫烯虫酯耐性(methoprene-tolerant, Met)蛋白属于bHLH/PAS转录因子家族成员,其与该家族其他成员形成的复合物可介导保幼激素(JH)的信号传导。本研究旨在克隆并表达小菜蛾Plutella xylostella JH受体Met蛋白基因PxMet-1和PxMet-2,纯化其蛋白,分析PxMet-1与PxMet-2与JH的结合模式,为进一步探明PxMet蛋白的功能提供依据。【方法】基于NCBI数据库,克隆验证了小菜蛾PxMet-1和PxMet-2基因的cDNA序列;把这两个基因分别与pGEX-KG载体连接构建表达载体pGEX-KG-PxMet-1和pGEX-KG-PxMet-2,导入大肠杆菌Escherichia coli Rosetta (DE3)使其表达;分别使用HisTrap^TM HP与GSTTrap^TM HP的5 mL柱对PxMet-1和PxMet-2融合蛋白进行纯化;利用分子对接预测软件分析PxMet-1和PxMet-2蛋白与JH的结合模式。【结果】克隆获得的小菜蛾PxMet-1(GenBank登录号:...     

棉铃虫Cathepsin L参与细胞免疫并受蜕皮激素调控

半胱氨酸蛋白酶参与昆虫的许多生理过程,但是其调控机制还不完全清楚,该文利用实时定量RT-PCR(qRT-PCR)、免疫组织化学、基因干扰(RNAi)等方法对棉铃虫组织蛋白酶L基因(HacatL)进行了系统研究。结果表明, HacatL在棉铃虫血细胞中的浆血细胞和颗粒细胞中大量表达,在蜕皮和变态时期表达量上升。细菌免疫刺激能明显诱导HacatL的表达上调;在幼虫体内将HacatL基因沉默后能明显降低血细胞的伸展性和对细菌的清除能力。蜕皮激素(20-hydroxyecdysone, 20E)能通过其受体(ecdysone receptor, EcR)及配体蛋白(ultraspiracle, USP)诱导HacatL的表达。这些结果说明HacatL基因受到蜕皮激素信号转导途径调控并参与昆虫细胞免疫反应。该研究结果有助于人们理解蜕皮激素调控昆虫细胞免疫的机制,同时也可为高等动物激素调控免疫反应的研究提供新的思路。     

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。     

保幼激素在昆虫中的分子作用机理

随着分子生物学技术的快速发展,对生态环境中各类生物的研究,包括对生物某些特定基因结构和功能的研究等逐步拓展和加深。保幼激素(Juvenile Hormone,JH)是由咽侧体(Corpus Allatum,CA)分泌的,在昆虫发育、变态和生殖过程中起重要作用的激素。目前对JH信号传导途径的作用机理还不十分清楚。现有研究表明,Kruppel homolog-1(Kr-h1)是一种含C2H2锌指结构的转录因子,处于保幼激素信号途径下游,在保幼激素信号通路中起着重要作用。已报道的Kr-h1基因的功能主要包括:调控幼虫生长发育和变态,与蜜蜂的觅食行为密切相关,参与果蝇幼体神经细胞的形成等等。对就近十年来Kr-h1基因的特性和功能研究作一个综述以了解不同昆虫中保幼激素的分子作用机制,为开发生物农药奠定理论基础,也为维护良好的生态环境作出理论贡献。     

MicroRNA对不完全变态昆虫变态及生殖调控作用的研究进展

MicroRNAs(miRNAs)是一类在真核生物中由内源基因编码的小分子RNA,参与昆虫变态、生殖发育、细胞分化等多种重要生物学过程,在转录水平上发挥重要作用.在完全变态昆虫中,大量调控其变态及生殖的miRNA被广泛报道且进行了深入的研究,但miRNA调控不完全变态昆虫的变态及生殖发育的研究仍比较少,对其具体的调控机制也需要进一步阐明.为此,本文综述了近年来miRNA在调控不完全变态昆虫(以直翅目飞蝗Locusta migratoria、半翅目褐飞虱Nilaparvata lugens和蚜虫以及部分蜚蠊目昆虫为代表)的变态及生殖方面的研究进展,以期深化理解miRNA对不完全变态昆虫变态和生殖发育方面的机制,为害虫生态治理和综合防控提供科学依据.