保幼激素调控家蚕蜕皮激素合成的新机制

Juvenile hormone (JH) and 20-hydroxyecdysone (20E) cooperate to control the growth and development in insect. Previous reports demonstrated that the titers of JH and 20E exhibit periodic changes during insect larval development in a reciprocal manner. Our recent investigations showed that the promoters of the steroidogenic enzyme genes of the silkworm and fruit fly contain potential binding sites for transcription factor Kr-h1 that is involved in JH signaling. The overexpression of silkworm Kr-h1 significantly repressed the transcriptional activities of the steroidogenic enzyme gene promoters. These findings suggest that Kr-h1 may directly repress the transcription of the steroidogenic enzyme genes. In this study, using the silkworm and fruit fly as excellent models and combining the approaches of knock out, transgenic overexpression, GAL4/UAS mediated RNAi and real time RT-PCR, we are planning to systematically characterize the inhibitory roles of Kr-h1 in regulating the transcription of the steroidogenic enzyme genes. Furthermore, we will decipher the molecular mechanism underlying the Kr-h1 modulated inhibition of the transcription of the steroidogenic enzyme genes by using the methods of luciferase reporter assay, EMSA, ChIP, and DNA methylation analysis of the promoter region. We hope that the results from this study can provide new insights into the JH regulation of silkworm ecdysteroidogenesis and will be helpful for renewing the interaction network between JH and 20E in insect.

保幼激素（JH）和蜕皮激素（20E）协同调控昆虫生长和发育。已有研究报道表明，JH和20E的滴度随昆虫生长发育而发生此消彼长的周期性变化，且JH能抑制20E的合成；我们的前期研究显示，家蚕及果蝇20E合成酶基因启动子上含有JH信号转导关键分子Kr-h1的潜在结合位点，且家蚕Kr-h1过表达可抑制20E合成酶基因启动子的活性。这暗示Kr-h1可以直接抑制20E合成酶基因的转录。鉴于此，本项目拟以家蚕和果蝇为研究材料，综合利用基因敲除、转基因过表达、GAL4/UAS介导的RNAi、定量RT-PCR和转录组测序等方法，系统分析Kr-h1对20E合成酶基因转录的抑制作用；进一步通过荧光素酶报告基因分析、EMSA、ChIP及启动子DNA甲基化检测等实验，解析家蚕Kr-h1直接抑制20E合成酶基因转录的分子机制。相关研究结果有助于揭示家蚕JH调控20E合成的新机制，完善JH和20E的互作网络。

昆虫的生长与变态发育主要受到神经内分泌激素即蜕皮激素（20E）和保幼激素（JH）的协同调控。20E和JH的作用具有拮抗性，两者的滴度变化具有时期特异性并呈现此消彼长趋势，暗示JH对20E的合成具有抑制作用。本项目以家蚕和果蝇为对象，重点研究了变态发育过程中JH对20E合成的抑制作用及分子调控机制，并探究了变态发育过程中20E对脂肪体中蛋白合成的调控作用以及BMP信号通路对脂肪体生理功能的影响。取得的主要成果如下：（1）阐明了保幼激素调控蜕皮激素合成的表观遗传机制：证实JH能直接作用于20E合成器官前胸腺并诱导Kr-h1的转录，而转录因子Kr-h1可直接与20E合成酶基因启动子区结合并诱导启动子发生DNA甲基化，从而抑制20E合成酶基因转录和20E合成，最终阻碍蜕皮与变态发育，使幼虫生长状态得以维持。（2）发现蜕皮激素对变态发育期蛋白合成的抑制作用：证实20E能使脂肪体细胞的核仁减小和rRNA合成下调，进而抑制脂肪体中的蛋白合成。（3）证实BMP信号通路在家蚕变态发育过程中对脂肪体功能的影响：转录组测序分析显示BMP信号通路基因在家蚕蛹变态发育时期的脂肪体中上调表达，证实BMP信号通路关键因子Dpp参与家蚕脂肪体重塑过程并影响脂质代谢，同时还发现参与20E信号转导的转录因子E93能直接结合Dpp启动子并正调控其转录。上述创新成果丰富完善了神经内分泌激素在调控昆虫生长发育过程中的互作网络，为家蚕生长发育的遗传调控提供了理论依据与潜在分子靶标。