家蝇多不饱和脂肪酸的代谢工程及生物学效应研究

Polyunsaturated fatty acids (PUFAs) are being paid extensive attention and are broadly investigated because of their special molecular structures and important biological roles. The metabolic mechanism and biological function of PUFAs have been well elucidated in mammals, but only rarely related research results are reported in insects. This is mainly because insects can hardly metabolically synthesize PUFAs in their bodies, and then these PUFAs, ARA(20:4n-6), EPA(20:5n-3) and DHA(22:6n-3), which are presented in mammals with high activity, are usually can not be detected in these insects. This project aims to reconstruct the PUFAs synthesis pathway in housefly using metabolic engineering method. Namely, several genes, which are related to PUFAs synthesis and are originated from other organisms, will be transfered into housefly by using transgenic technology, which makes housefly endogenously synthesize not only LA(18:2n-6), ALA(18:3n-3) and other short-chain PUFAs, but also ARA, EPA, DHA and other long-chain PUFAs. As animal models, these transgenic houseflies can be used to investigate and elucidate the effects of PUFAs on development, reproduction, metamorphosis and immune responses and other biological characteristics and their related mechanisms in this insect. This project will also lay the foundation for the development and utilization of housefly PUFAs.

多不饱和脂肪酸（PUFAs）因其特殊的分子结构及重要的生物学作用而受到广泛关注和研究，其代谢机制及生物学功能在哺乳动物中已得到较深刻的阐释，但在昆虫类生物中相关研究报道比较稀缺。这主要是因为昆虫自身几乎不能代谢合成PUFAs，故在昆虫发育各阶段通常检测不到原本在哺乳动物体内有高活性的ARA(20:4n-6)、EPA(20:5n-3)和DHA(22:6n-3)等PUFAs。本项目拟用代谢工程方法在家蝇中重建PUFAs合成代谢途径，即利用转基因技术将其他生物来源的PUFAs合成代谢相关基因转移到家蝇体内，使其不仅能够内源性合成LA(18:2n-6)以及ALA(18:3n-3)等短链PUFAs，也能够合成ARA、EPA和DHA等长链PUFAs，进而以此为模型动物，研究并阐明PUFAs对家蝇的生长发育、繁殖、变态及免疫反应等生物学特性的影响及其相关机制。研究还将为家蝇PUFAs开发利用奠定基础。

多不饱和脂肪酸对哺乳动物的重要生理作用研究已经得到了比较深入的研究，但对昆虫的作用相关研究很少。家蝇作为一种重要的资源昆虫，其油脂的利用有着很大的潜力。我们认为，通过转基因的技术手段，可以利用家蝇来实现表达多不饱和脂肪酸合成酶，进而实现转基因家蝇生产多不饱和脂肪酸，同时也提供一种有价值的研究多不饱和脂肪酸代谢与生理功能的昆虫动物模型。通过本项目研究，基本阐明了家蝇能够从食物中富集亚油酸、α-亚麻酸等C18多不饱和脂肪酸，也能富集少量的花生四烯酸等C20多不饱和脂肪酸，但不能够富集DHA等C22多不饱和脂肪酸；少量的多不饱和脂肪酸尤其是亚油酸、α-亚麻酸等C18多不饱和脂肪酸对家蝇的生长发育、繁殖等有利，但是较高剂量的多不饱和脂肪酸明显对家蝇生长发育不利，其中一个原因是高剂量多不饱和脂肪酸引起家蝇体内的脂质过氧化增加，从而对家蝇产生不利影响。我们在研究中已经成功建立了电穿孔方法和显微注射法制备转基因家蝇，但尚未获得大量转基因后代以建立品系，因此在不断改进技术体系的同时，我们还利用更为成熟的转基因果蝇表达了多不饱和脂肪酸的合成相关基因，进行相关研究。转基因果蝇的研究初步表明，在昆虫体内建立多不饱和脂肪酸合成途径是可行的。我们将持续研究，实现预定目标。