保幼激素在飞行促进粘虫生殖中的功能及其调控机制

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迁飞是影响昆虫生殖能力的重要行为因子,目前国内外对这些现象产生的调控机制尚不清楚。我们在前期研究中发现,粘虫在羽化初期起飞后,连续飞行2个夜晚导致其产卵前期显著提前,产卵整齐度显著增加,飞行超过4个夜晚后,则导致产卵量和交配率均显著降低。为了阐明这一现象的内在调控基础,本文以粘虫Mythimna separata(Walker)(鳞翅目:夜蛾科),一种典型的远距离迁飞害虫为对象,以昆虫生理及分子生物学技术为手段,研究保幼激素类似物(Juvenilehormone analogue,JHA)对粘虫产卵前期、卵巢和飞行肌发育的影响作用;克隆并鉴定粘虫Met基因编码区全长序列;分析与JH合成、代谢相关的促咽侧体素(Allatoropin,AT)、咽侧体抑制素(Allatostain,AST)、保幼激素酯酶(Juvenile hormone esterase,JHE),以及JH候选受体基因(Methoprene-tolerant protein,Met)的时空表达;明确抑制和促进生殖的两种飞行条件下与JH合成、代谢及受体相关4种基因表达量的差异。主要结果如下:  1、研究明确了JHA对粘虫生殖和飞行系统发育的影响。羽化后1日龄点滴JHA导致粘虫产卵前期显著缩短,卵巢发育进度加速,1日龄点滴JHA后第2天起,JHA处理粘虫的卵巢发育级别显著高于对照粘虫。并且显著促进飞行肌降解,1日龄点滴JHA后第3天起,粘虫背纵飞行肌的长度和宽度显著短于对照粘虫,颜色由新鲜肉红色变为米黄色,肌纤维显著松散变短。而其他日龄点滴对卵巢和飞行肌发育均无相同显著影响。因此,JH是促进粘虫生殖系统发育、抑制飞行系统发育的关键内分泌因子,羽化后1日龄是JH调控的关键时期。  2、克隆鉴定了粘虫JH候选受体基因Met的编码区全长。该基因开放阅读框长度为1575bp;编码524个氨基酸,预测的蛋白分子量为59.76kDa,等电点为8。该基因和棉铃虫、棉红铃虫、家蚕、印度谷螟、小菜蛾的Met基因核苷酸序列同源性高达70%,具有Met基因家族典型的HLH结构域和PAS功能域。  3、研究明确了粘虫JH相关调控基因的时空表达模式:1)AT基因在头部的表达量显著高于飞行肌肉和卵巢的表达,AST基因在飞行肌中的表达量显著高于头和卵巢,JHE基因在脂肪体中表达量显著高于飞行肌和卵巢;2)AT基因的表达量随日龄延长先升高,开始产卵后降低的趋势;AST基因表达量随日龄延长逐渐降低,产卵后升高的趋势;脂肪体中JHE表达量随日龄延长逐渐升高,产卵后显著降低。卵巢和飞行肌中Met基因表达量均在羽化后第一天显著高于其他日龄。  4、研究明确了对生殖具促进和抑制作用的飞行对调控JH合成和代谢,以及受体基因表达量的影响。在促进粘虫生殖的飞行条件下(吊飞2夜晚),与对照相比,AT基因表达量显著提前上升,而AST和JHE基因表达量均显著降低,Met基因在卵巢中表达量显著提前上升;在抑制生殖的飞行条件下(吊飞5夜晚),AT基因表达量随吊飞夜晚数的增加而显著降低。AST和JHE基因的表达则随吊飞夜晚数的增加而显著上升。飞行肌中Met基因表达量则随吊飞夜晚数的延长而显著上升。这些结果表明,调控JH合成和代谢,以及受体基因表达的差异是导致不同飞行条件下粘虫生殖模式产生变异的关键分子调控基础。
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