昆虫20家族分支III β-N-乙酰己糖胺酶生理功能与活性聚合形式的研究

昆虫20家族β-N-乙酰己糖胺酶参与糖复合物降解，几丁质降解和N-糖基化修饰等多个重要生理过程。该酶在昆虫体内由3-7个基因编码，分成4个分支。分支I，II和IV的生理功能已基本清楚，而分支III的生理功能未知。本项目拟以研究基础良好的亚洲玉米螟分支III β-N-乙酰己糖胺酶基因OfHEX3为研究对象，从分子水平和生物活体水平确定其生理功能和活性聚合形式。一方面重组表达获得OfHEX3编码亚基与其它β-N-乙酰己糖胺酶基因编码亚基组成的同源或异源多聚体，并对其进行酶学性质及结构表征，通过底物谱、亚基间作用方式和决定底物选择性结构基元等方面判断其生理功能；另一方面利用基因表达水平和生理定位等信息推测其生理功能，并通过RNAi验证。本项目将为明确20家族β-N-乙酰己糖胺酶的生理功能及其作用机制提供帮助，同时因分支III酶为昆虫所特有，其生物化学和生理学性质也将为虫害防治提供依据。

本研究对蜕皮液中发现的一种β-N-乙酰己糖胺酶OfHex3的功能进行了研究。首先通过免疫杂交实验证实OfHex3确实存在于昆虫蜕皮液中，并且与OfHex1存在相互作用。进一步通过酶学性质分析发现它能够水解几丁质，但是与OfHex1相比水解效率较慢，但是不存在底物抑制。因此推测OfHex3在蜕皮液中并不是主要水解几丁质的β-N-乙酰己糖胺酶，而是辅助OfHex1实现几丁质的高效水解。对OfHex3在昆虫发育和组织表达特异性分析发现，OfHex3在幼虫蜕皮和化蛹过程中表达水平上调，说明它参与昆虫蜕皮过程。但是组织特异性表达发现它存在于脂肪体和精巢中。这说明它不但参与蜕皮过程，还具有其它的功能。该工作揭示了β-N-乙酰己糖胺酶OfHex3在蜕皮液中可能发挥的功能，有助于理解蜕皮过程几丁质水解过程的复杂性。