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。     

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。     

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。     

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。     

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)。     

玉米螟人工饲养中应用昆虫保幼激素类似物的初步试验

Lewis等1973年报道以九种昆虫保幼激素类似物;Shigemi等1976年报道以一种昆虫保幼激素类似物和一种天然保幼激素对玉米螟(Ostrinia nubilalis Hub.)幼虫的活性测定。目的在于明确对幼虫生长发育和变态的抑制效应。1978年在玉米螟人工饲养中,我们用另外五种昆虫保幼激素类似物进行了试验:供试的五种昆虫保幼激素类似物对玉米螟幼虫均有活性。高浓度可以阻止正常变态和导致异常变态。低浓度的734-Ⅱ能使玉米螟的生长发育和繁殖力获得有益的调节。     

植源性昆虫生长调节剂

昆虫中存在一类含量少而生理作用极为显著的活性物质,其中包括昆虫激素、昆虫信息素和昆虫毒素等。昆虫激素又称变态激素,一般包括脑激素、保幼激素和蜕皮激素等。昆虫的胚胎后发育与成熟过程是受体内这些激素控制的。若破坏激素系统的平衡,如外加过量的这种激素或对抗这种激素的物质,就会阻碍昆虫的正常生长、分化和变态的程     

昆虫蜕皮的分子机理及应用

昆虫蜕皮是一个由PTTH启始的、激素介导的基因序列表达和相互作用的级联反应过程。阐明昆虫蜕皮的分子机理,不仅可以解释发育生物学的科学问题,为害虫控制提供新的思路,还可以从中发现新的可资生产应用的分子。作者通过蛋白质组学方法从棉铃虫Helicoverpa armigera Hubner蜕皮幼虫鉴定到30个差异表达的蛋白质。通过抑制性消减杂交技术,从棉铃虫蜕皮幼虫、变态决定幼虫和5龄取食幼虫鉴定到100个表达序列标签(EST)。证明其中的11个EST在蜕皮或变态时差异表达。通过RT-PCR方法克隆棉铃虫激素接受子3基因,研究该基因在发育中的表达模式。用该基因构建具有绿色荧光蛋白标记和多角体蛋白的基因重组病毒(AcMNPV-GFP-HHR3-Polh)。实验结果表明,AcMNPV-GFPHHR3-Polh病毒可以通过注射或口服感染棉铃虫,导致棉铃虫幼虫非正常蜕皮、生长延缓、半数存活时间下降。该研究显示昆虫蜕皮功能基因在害虫控制中有很好的应用前景。蜕皮功能基因的表达与调控、蜕皮激素介导的信号转导通路、变态过程中组织解体和重建的分子机理、激素调控基因顺序表达的分子机理、变态起始因子、JH受体等是本领域今后的主要研究方向。     

昆虫变态发育的激素和营养调控研究进展与展望

变态发育是促进昆虫进化和多样性形成的重要因素之一。昆虫变态发育主要受到蜕皮激素和保幼激素的协同调控,通过信号通路诱导下游基因表达,保证蜕皮、组织重塑等生理过程的正确发生。除内在激素外,外在营养物质亦可通过营养信号影响激素信号进而控制变态发育进程。本文主要综述了近十年来我国科研工作者在昆虫变态发育的激素和营养调控机制研究方面所取得的突出成果,并对未来潜在的研究方向进行了展望,以期对我国的害虫防治和益虫利用研究提供理论指导。     

整合昆虫发育生物学和果蝇遗传学来研究昆虫发育与变态

成熟动物(昆虫)个体大小主要由生长持续时间和生长速度2个因素所决定。蜕皮激素和保幼激素协同调控昆虫发育变态,并决定昆虫生长持续时间;胰岛素、营养和细胞接触抑制等生长死亡信号及其传导途径控制细胞分裂、长大、分化、死亡,并最终决定昆虫的生长速度。最近研究成果表明,蜕皮激素信号和胰岛素信号相互影响,对昆虫个体大小起决定性的作用;脂肪体和营养代谢把这2条信号传导途径整合起来。科学家将会整合昆虫发育生物学和果蝇遗传学,抓住生长持续时间和生长速率2个关键因素,并以营养代谢和脂肪体为切入点来研究昆虫的发育变态。     

在植物中发现昆虫抗保幼激素物质

昆虫激素的深入研究大约有30年了。在研究保幼激素及其类似物作为第三代杀虫剂大约10年以后,知道了保幼激素及其类似物有强烈控制昆虫发育的效力,但在实际应用中受到了一定的限制。只有在昆虫发育变态的短暂过程中,外来保幼激素才能起到干扰发育的作用。因此,对于野外昆虫龄期混杂的情况下,外来保幼激素只能控制一部分昆虫,不能充分发挥其作用,这就是保幼激素作为一种杀虫剂应用的主要缺点。因为昆虫一生的各个发育阶段,保幼激素是必不可少的,所以一种激素的颌颃(对抗)作用或者抗激素作用即成为有效的杀虫剂。自从有了这个概念之后,就有人开展寻找抗保幼激素的工作。鲍威尔斯(Wil-     

昆虫的变态发育研究

昆虫变态发育使得昆虫成为地球陆地上种类最多、数量最大、分布最广、生活环境最多样化的一群生物。变态使昆虫在其生命周期中的不同发育时期表现出完全不同的形态、结构、功能和生活习性的变化,有利于昆虫迁飞转移,扩大其求偶交配、生活和生存环境空间。昆虫变态发育的变化是长期自然环境适应、协同进化的结果,受激素、营养和基因的精确调控。本文简要介绍了昆虫变态的类型、激素调控、营养调控和基因调控方面的研究进展,以及研究昆虫变态发育的科学和应用意义。     

昆虫变态发育类型与调控机制

昆虫变态发育使得昆虫成为地球上种类最多、分布最广的动物种群。它特指末龄幼虫化蛹,或者蛹向成虫的转变过程。根据变态剧烈程度,可将昆虫变态发育简单分为增节变态、表变态、原变态、不完全变态及全变态5种类型。此外,昆虫变态发育是一个极其复杂的生物学过程,受到激素、基因、营养等多种因素的精密调控。本文简要介绍了昆虫变态发育的类型和分子调控机理方面的研究进展。     

昆虫变态的内分泌控制

一、昆虫胚后发育的特点昆虫种类繁多,发育方式各不相同;一般来讲,它们在胚后的发育过程中在形态上和生活习性上,常出现重大的改变,这种现象称为“变态”。“变态”原按希腊文“Metamorphose”一词译成,意为“形态的变化”,但以后在昆虫学中各作家用此名词时涵义各有不同,有的指从蛹到成虫之间的形态变化;有的指昆虫自脱离母体     

黄肢散白蚁品级分化势能的诱导和抑制

自从Luscher(1958)发现在一种木白蚁(Kalotermes flavicollis)里移植生殖蚁的咽侧体能诱导兵蚁的发育以后(Miller,1969),随着昆虫激素(JH)及其类似物(JHA)的不断发现,合成及研究,已有愈来愈多的报道表明保幼激素及其类似物亦能诱导各种白蚁的先兵和兵蚁的发育(Luscher,1969;Hrdy,1976;Lenz,1976;等)。1976年在美国华     

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。     

保幼激素生物合成研究进展

保幼激素（juvenile hormone,JH）是存在于昆虫、甲壳动物和部分植物体内的倍半萜类衍生物。在昆虫和甲壳动物体内,保幼激素主要调节变态和生殖活动。在植物体内,则可能作为异株克生物质发挥作用。保幼激素主要通过细胞质内的甲羟戊酸途径（MVA）合成,植物质体内存在萜类合成的1-去氧木糖-5-磷酸途径（DXP）。MVA和DXP途径通过单向质子协同运输系统进行协调,使DXP途径中形成的前体化合物参与MVA途径的倍半萜合成。JH生物合成的主要步骤己基本查明,但与合成相关的酶学研究还较薄弱。生物合成酶的分子生物学是近来研究的热点,相关酶的cDNA克隆已有报道。JH生物合成酶的进一步研究有助于查明JH生物合成调控机制,深化对节肢动物生殖的理解,还可为新型杀虫剂开发提供可能的靶标。     

粘虫咽侧体对卵巢发育与成熟的作用

内分泌控制昆虫卵巢的发育与成熟已为大家所承认;特别是在直翅目、半翅目、鞘翅目、革翅目、双翅目等昆虫中卵巢的发育已证实由内分泌中心之一——咽侧体所调节。但在某些鳞翅目昆虫中所得的试验结果与上述结论不一致, 它们的卵巢发育似与咽侧体激素无关;这一事实已有分别用家蚕、天蚕蛾、蓖麻蚕等昆虫为材料的试验结果证明。我们分析了这些资料, 发现这些昆虫的卵巢皆在蛹期发育成熟, 成虫期均不取食。而在有些鳞翅目昆虫如粘虫等中, 它们的卵巢需要在成虫期获得补充营养后方能成熟, 我们怀疑粘虫卵巢发育成熟与内分泌的关系可能与上述几种昆虫不一样。 本试验用移植和结扎的方法证明了:(1)粘虫雌蛾卵粒中卵黄的沉积与咽侧体体积的变化相关, 交配后咽侧体体积增大时卵黄沉积最快;(2)粘虫卵巢的发育与成熟是受咽侧体激素的控制, 而与脑无直接关系;(3)激素控制粘虫卵巢发育与成熟的临界期为羽化取食后24小时;(4)粘虫成虫期雌雄两性咽侧体的体积均有明显变化, 雄性的比雌性的大1—3倍。 因此, 通过本工作说明了在鳞翅目昆虫中, 由于生殖腺在蛹期或成虫期发育的不同, 在生殖腺发育的内分泌控制机制上也有差别。