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昆虫有很多特性,如生长发育快,繁殖量大,蜕皮变态等。昆虫的发育、变态与生殖主要是由保幼激素(juvenilehormone,JH)和蜕皮激素(20-hydroxyecdysone,20E)协同调控,众多基因参与的复杂生物学过程,与环境中的生物与非生物因子密切关联。因此,揭示JH和20E调控的昆虫发育、变态与生殖的分子机制是昆虫学领域的重点研究内容之一。之前,对JH和20E分子作用机制的研究主要是利用一些全变态昆虫如果蝇、赤拟谷盗、家蚕、烟草天蛾等,阐述JH和20E调节昆虫从蛹到成虫变态的分子机制,而对JH和20E在不全变态昆虫羽化或昆虫生殖的分子作用机制研究的相对较少。
不同种类昆虫的生殖过程,包括卵黄生成、卵子发生及卵巢发育等,由JH和20E所调控的方式有所不同。例如,一些昆虫的卵黄原蛋白基因(Vg)的表达或卵黄生成可能是JH诱导,主要在脂肪体中合成,一些昆虫的Vg转录可能由20E诱导,或者由JH和20E共同参与,并且在脂肪体和卵巢的卵泡细胞中都表达。但是,昆虫生殖特别是JH调控昆虫生殖过程的分子机制并不清楚。飞蝗是我国重要的农业害虫,也是一种不全变态昆虫。早期的生理生化研究结果显示,雌性飞蝗羽化后的Vg表达及生殖过程主要由JH调控,而20E可能不参与调节飞蝗的卵黄发生或卵子生成,但并没有利用现代分子生物学手段得到验证,也不清楚其中的分子机制。因此,本论文的研究内容之一是通过20E的功能受体,即EcR和USP,来进一步明确20E是否参与调节飞蝗的生殖过程。研究发现,对EcR与USP进行RNA干扰后,雌性飞蝗的Vg表达和卵泡细胞、卵小管及卵巢发育没有受到显著影响,证明在雌性飞蝗生殖过程中,20E不通过其受体EcR和USP发挥作用。
本论文的另一个研究内容是鉴定雌性飞蝗生殖过程中JH调控的重要基因及其在飞蝗生殖中的功能。sugarbabe(sug)与dimmed(dimm)两个基因都在雌蝗成虫脂肪体中高表达,而且它们的表达量在飞蝗羽化后到第一次产卵前都显著升高。sug的表达量在JH处理12h后显著上升,而dimm的转录水平在JH处理24h后也显著上升。RNA干扰JH的受体基因Met或Met的下游基因Kr-h(l)能够降低dimm的80%或70%表达量。对sug或dimm进行RNA干扰后,Vg的表达量能下降90%左右,并且雌性飞蝗卵泡细胞、卵小管和卵巢的发育都受到了显著抑制。本论文的研究结果首次表明,JH可以调控sug和dimm的转录,但信号通路有所不同,sug和dimm在雌性飞蝗的生殖过程中都发挥重要作用。