[00126547]昆虫内分泌系统适应不同营养环境而调控个体生长的研究

项目“昆虫内分泌系统适应不同营养环境而调控个体生长的研究”是由国家自然科学基金委于2014年01月批准立项的。营养信号在昆虫和哺乳动物中高度保守。营养小分子葡萄糖和氨基酸作为重要的营养信号分子,其下游信号诱导细胞生长和分裂,从而直接促进个体生长;营养信号还促进内分泌器官合成和分泌激素,从而间接调控个体生长发育。与哺乳动物相比,昆虫的内分泌系统较为简单：其中最为重要的是神经内分泌细胞 IPCs 分泌的胰岛素和前胸腺分泌的蜕皮酮。营养信号不仅促进胰岛素和蜕皮酮合成和分泌,并极有可能促进脂肪体合成和分泌一种非常重要、但尚未鉴定的生长因子 FBGF（Fat Body Growth Factor）。在这些内分泌信号中,胰岛素和 FBGF是正向调控因子,与营养信号一起诱导细胞生长和分裂,并促进个体生长,最终决定昆虫的生长速率。而 20E诱导蜕皮、促进外周器官发生程序化细胞死亡（PCD）和细胞分化,从而抑制或中断个体生长,最终决定昆虫的生长时间;20E 负向调控昆虫个体生长的另一重要途径是拮抗胰岛素和反馈抑制营养信号。 昆虫是地球上进化最成功的生物种群,具有不摄食的蛹期和特殊的滞育时期、可以长距离迁飞而不摄食、高度耐饥饿,因而比大多数动物更易适应饥荒等特殊营养环境。同时,果蝇和家蚕等模式昆虫的生命周期较短,可以进行灵活多样的遗传操作,不仅利于解析分子机制和信号传导,更方便于阐释多器官多系统的协同与互作。再者,昆虫与哺乳动物的营养信号通路高度保守;且较哺乳动物而言,昆虫的内分泌系统大致相同,但相对简单、研究简便。因此,利用果蝇和家蚕等模式昆虫来研究动物内分泌系统适应不同营养环境而调控个体生长的分子机制,对益虫利用和害虫防治都具有指导性意义,是昆虫科学的研究前沿,并且对揭示哺乳动物复杂的适应机制也具有重要的借鉴作用。 研究结果证明了20E的受体复合物EcR-USP通过类泛素化来维持正常20E信号传导;解析了20E初级应答基因E93诱发果蝇变态发育过程中细胞自噬和凋亡的分子机制;在分子水平上阐明了20E初级应答基因E93直接转录调控自噬关键基因ATG1的表达;阐释了20E和JH互作的分子机制及其对昆虫变态发育的调控机理;解析了Ras-Raf-MAPK信号通路通过磷酸化FOXO样转录因子SGF1来促进细胞增殖和存活的分子机制;揭示了20E信号、胰岛素信号以及营养信号对美洲大蠊发育可塑性的影响;筛选了20E拮抗剂,在Kc和Bm12细胞上通过双荧光素酶检测系统从126种化合物中筛选出葫芦素B拮抗活性最强,证实了葫芦素B对20E具有显著拮抗活性。 该项目在原有研究基础上进行拓展和深入,整合家蚕和整合家蚕生理生化和果蝇遗传学的研究优势,探讨激素和营养形成的信号网络如何协同调控昆虫的生长发育,对益虫利用和害虫防治都具有指导性意义。