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。     

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。     

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。     

意大利蝗卵发育过程保幼激素和蜕皮激素含量的变化及其代谢相关基因的表达谱

【目的】鉴于保幼激素(juvenile hormone, JH)与蜕皮激素(ecdysone, Ecd)在昆虫生长发育中的重要作用,本研究旨在明确这两种激素及其代谢相关基因对意大利蝗Calliptamus italicus卵发育过程的调控机制。【方法】采用ELISA技术检测意大利蝗卵发育过程中JH与Ecd含量的变化;采用qRT-PCR技术检测JH与Ecd代谢通路的重要基因(JHE,JHEH,DIB和EcR)在意大利蝗卵发育过程的表达模式。【结果】意大利蝗卵滞育阶段(阶段Ⅳ-Ⅵ)的JH含量显著高于早期发育阶段(阶段Ⅰ-Ⅲ)的,滞育后发育阶段(阶段Ⅶ-Ⅸ) JH含量显著下降;Ecd含量于滞育早期(阶段Ⅳ)显著上升,而后显著下降,滞育后发育阶段再次上升。JHE的表达量在意大利蝗卵早期发育阶段和滞育后发育阶段均呈先升后降的趋势,滞育阶段JHE的表达量较低;JHEH表达量在意大利蝗卵早期发育阶段也先升后降,滞育阶段变化不显著,滞育后发育阶段显著升高;DIB表达量在意大利蝗卵滞育阶段高于早期发育阶段的,在滞育后发育阶段下降;EcR表达量在意大利蝗卵早期发育阶段及滞育阶段均无显著变化,滞育后发育阶段...     

保幼激素合成的研究进展

保幼激素 (juvenile hormone,JH) 是通过甲羟戊酸途径合成的一类倍半萜化合物。以昆虫中普遍存在的JH Ⅲ为例,从分子水平上概述了JH合成途径中的各种酶,并对其中的两个关键酶：羟甲基戊二酰辅酶A还原酶和保幼激素酸甲基转移酶作了详细介绍。还从家蚕基因组数据库(http://silkworm.genomics.org.cn)中推测出了JH合成途径中大部分酶的编码基因,初探了JH合成的调节机制,讨论了JH合成的研究趋势。     

昆虫保幼激素生物合成的调节与测定

<正> 保幼激素(JH)是由昆虫的咽侧体(CA)产生。它调节着发育和生殖。从昆虫中已分离出3种具有JH活性的化合物,分别称为JH1、JH2、JH3。它们的生理活性大不相同。JH3是大部分成虫的主要激素,可促进卵巢的发育,所以是一种促性腺激素。JH1和JH2主要在鳞翅目幼虫和蜚蠊若虫内,它们在变态开始就参与这一过程的调节作用,称为变态激素。     

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。     

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。     

Met和Kr-h1基因在褐飞虱变态发育中的功能分析

【目的】保幼激素受体Methoprene-tolerant(Met)控制保幼激素信号传导途径中重要下游转录因子Krüppelhomolog 1(Kr-h1)的表达,调控昆虫的变态发育。本研究旨在探究褐飞虱Nilaparvata lugens Met基因与Kr-h1在褐飞虱变态发育中的功能。【方法】利用PCR技术扩增Nl Met基因的ORF序列。通过RNA干扰技术分别或同时沉默褐飞虱若虫的Nl Met和Nl Kr-h1基因,进一步研究其功能。【结果】克隆得到Nl Met,其开放阅读框包含1 185 bp,编码395个氨基酸,包括b HLH,PAS-A,PAS-B和PAC 4个结构域;其中PAS-B和PAC保守性较高,而b HLH和PAS-A保守性相对较低。采用RNA干扰技术沉默Nl Met和Nl Kr-h1基因后发现,单独对4龄若虫Nl Kr-h1基因干扰后,若虫阶段及初羽化雌虫和雄虫死亡率均显著上升(P0.05);对5龄若虫Nl Kr-h1基因干扰后只有若虫死亡率上升(P0.05),单独对Nl Met基因干扰后死亡率没有显著变化(P0.05);二者共同沉默后的死亡率同单独对Nl Kr-h1沉默时类似。此外,我们还发现单独对4龄若虫Nl Kr-h1干扰后在雌虫中出现了生殖器畸形,虽然Nl Met干扰并未出现生殖器发育畸形现象,但二者共同干扰后,在若虫、初羽化雌雄成虫中畸形比例均显著增加(P0.05)。【结论】Nl Met与下游转录因子Nl Kr-h1对褐飞虱变态发育起到重要作用,影响若虫到成虫的变态和外生殖器的发育。本研究有助于揭示Nl Met和Nl Kr-h1在昆虫变态发育中的重要作用。     

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。     

Spiny lobster development: mechanisms inducing metamorphosis to the puerulus: a review

This review outlines current knowledge of mechanisms effecting metamorphosis in decapod crustaceans and insects. The comparative approach demonstrates some of the complexities that need resolving to find an answer to the question raised frequently by ecologists: “What triggers metamorphosis in spiny lobsters?” It is evident that crustacean moulting and metamorphosis are genetically controlled through endocrine systems that mediate gene expression. The molecular mechanisms underlying these developmental processes have been studied intensively in insects, particularly in the fruitfly, Drosophila melanogaster (Diptera), and some lepidopteran species. Comparatively, there is minimal information available for a few decapod crustacean species, but none for spiny lobsters (Palinuridae). Nothing was known of hormone signalling transduction pathways, via nuclear receptors (NRs) and gene activation during larval moults in palinurids—until a recent, ground-breaking study of early phyllosomal development of Panulirus ornatus by Wilson et al. (Rock Lobster Enhancement and Aquaculture Subprogram. FRDC Project 2000/263, Australian Govt, Fisheries Research and Development Corporation and Australian Institute of Marine Science, Nov 2005). Their study not only identified homologues of five hormone NRs of D. melanogaster, but also patterns of gene regulation showing strong similarities to those of gene expression found in insect larval development. Their results indicated that control of moulting and metamorphosis in palinurids closely parallels that in insects, suggesting that insects can serve as model systems for elucidating molecular mechanisms in larval decapods. In insects and crustaceans, the steroid hormone, ecdysone, (20E) initiates moulting. In insects, juvenile hormone (JH) mediates the type of larval moult that occurs, either anamorphic or metamorphic. The latter results when the level of JH in the haemolymph drops in the final larval instar. High levels of JH inhibit the metamorphic moult during insect larval development. The interaction of 20E and JH is not fully understood, and the operative molecular mechanisms are still being elucidated. No nuclear receptor for JH has been identified, and alternative JH signalling pathways await identification. In decapod crustaceans, methyl farnesoate (MF), a precursor of JH, replaces the latter in other functions mediated by JH in insects; but there is little evidence indicating that MF plays a similar ‘antimetamorphic’ role in decapod larval moults.     

Comparing thyroid and insect hormone signaling

Transitions between different states of development, physiology,and life history are typically mediated by hormones. In insects,metamorphosis and reproductive maturation are regulated by aninteraction between the sesquiterpenoid juvenile hormone (JH)and the steroid 20-hydroxy-ecdysone (20E). In vertebrates andsome marine invertebrates, the lipophilic thyroid hormones (THs)affect metamorphosis and other life history transitions. Interestingly,when applied to insects, THs can physiologically mimic manyfacets of JH action, suggesting that the molecular actions ofTHs and JH/20E might be similar. Here we discuss functionalparallels between TH and JH/20E signaling in insects, with aparticular focus on the fruit fly, Drosophila melanogaster,a genetically and physiologically tractable model system. Comparingthe effects of THs with the well defined physiological rolesof insect hormones such as JH and 20E in Drosophila might provideimportant insights into hormone function and the evolution ofendocrine signaling.