[01387811]蛾类性信息素生物合成及感受的分子机制

1.课题来源与背景 课题来源： ①河南省高校科技创新人才支持计划; 编号：15HASTIT027; 题目：调控棉铃虫性信息素合成相关蛋白的鉴定及其功能分析;主持人：安世恒;主持单位：河南农业大学;经费：30万元;2015.1.01-2017.12.31 ②国家自然基金面上项目;编号：31472041;题目：钙调磷酸酶调控棉铃虫性信息素合成分子机制的研究;主持人：安世恒;主持单位：河南农业大学;经费：86万元;, 2015.1-2018.12, 2.研究目的与意义 2.1性信息素是蛾类交配的关键化学因子 生殖过程是生命延续最重要的表现形式,也是生命的本能和自然选择的结果。它保证了后代物种的生生不息,是推动物种多样性发展的关键因子。因此物种尽可能地利用各种途径来保证生殖的正常进行（Rafaeli et al., 2002）。在长期的进化过程中,昆虫已形成了各式各样的化学通讯系统。这些化学通讯因其传送距离远、特异性好等优点在昆虫生殖、觅食和聚集等方面扮演着重要角色（杜家纬, 2001）。在所有化学通讯中,同种昆虫雌雄个体之间的性通讯尤其引人注目,是昆虫雌雄个体正常交配进行的关键化学因子（Allison, 2016）。特别在蛾类中,雌蛾通过释放化学信息（性信息素）远距离召唤同种的雄蛾,保证了两性之间的正常相遇和种群繁殖有条不紊地进行。因而性信息素是雄蛾定位雌蛾的关键因子,在昆虫的生殖过程中起着重要的作用（Allison, 2016） 。 2.2利用性信息素防治害虫是生物防治的有效途径 作为蛾类化学通讯中最强烈的信号,性信息素也是目前应用最广泛的化学通讯信号,常常用于害虫种群监测、干扰交配、大量诱捕及配合治虫等（李连昌, 1996; 董双林, 2002）。因其与环境良好的兼容性,不伤害天敌和其他非靶标生物、使用简单、费用低廉且应用效果良好等特点,已经成为绿色防控中不可缺少的生物防治措施之一,已在绿色防控中被广泛应用。 2.3揭示性信息素生物合成机制为害虫防治提供新的思路和靶标 蛾类性信息素生物合成几乎都是从脂肪酸合成开始,经碳链的缩短,催化等反应最终产生性信息素。从合成途径来讲,调控这些反应的酶并没有特异性（王博等,2015）。但对PBAN信号传导通路的研究将能阐明PBAN是如何调控性信息素合成相关酶的活性从而调控性信息素的生物合成。扰乱PBAN信号转导途径可导致雌成虫无法释放性信息或者性信息素的生物合成量大幅减少,使雌蛾召唤能力下降,最终导致雌雄相遇及交配的几率下降。从这方面来讲,对PBAN信号转导机制的研究将有可能发现防治害虫的新靶标,从而服务于农林业生产。 3.主要论点与论据 论点：蛾类性信息素生物生物合成分子机制 论据：① 磷酸化蛋白质组学鉴定了PBAN调控了一系列磷酸化蛋白;②PBAN通过钙离子激活了钙调磷酸酶的活性;③钙调磷酸酶通过去磷酸化激活乙酰辅酶A羧化酶,进而激活了性信息素的生物合成。④构建了性信息素感受的神经通路 4.创见与创新 ①通过深入的研究,在国际上首次鉴定了性信息素合成激活肽（Pheromone Biosynthesis Activating Neuropeptide,PBAN）在棉铃虫中雌虫中精细的信号转导途径,即PBAN与其受体结合后利用cAMP和钙离子为第二信使进行信号的转导。钙离子激活下游的钙调磷酸酶,钙调磷酸酶通过去磷酸化激活下游乙酰辅酶A羧化酶从而促进了性信息素的生物合成。另一方面cAMP的升高激活了蛋白激酶A,蛋白激酶A抑制了AMP依赖的蛋白激酶AMPK（Adenosine 5‘-monophosphate （AMP）-activated protein kinase） 的活性, AMPK通过磷酸化作用抑制乙酰辅酶A羧化酶活性,从而地保证了性信息素生物合成的高效进行。该研究结果为利用性信息素合成途径中关键基因作为新的防治靶标提供了重要的理论指导。 ② 通过系统的研究,鉴定了PBAN信号在棉铃虫雄虫中的保守性。雄虫与雌虫一样也可合成及释放性信息素。鉴定了雄虫中性信息素合成途径中关键信号分子的功能。发现了雄虫性信息素在雌雄交配中的重要作用。这些信号分子包括蛋白激酶A,钙调磷酸酶,乙酰辅酶A羧化酶,去饱和酶,脂肪酰基还原酶等。鉴定了这些基因在雄虫性信息素生物合成及雌雄交配中的作用。该研究结果给鳞翅目害虫利用雄虫性信息素作为绿色防控的一种重要手段提供了理论依据。 ③利用神经元胞内记录技术研究了烟青虫和烟芽夜蛾触角叶神经元对性信息素和寄主气味的反应,同时使用染色技术研究了嗅觉神经元的形态,并采用免疫组织化学,解剖了昆虫脑和触角叶的内部结构,明确了神经肽在脑的分布,构建了脑和触角叶结构以及神经元3维结构,阐明了触角叶部分纤维球对气味分子的编码方式,以及气味信息在脑内的传递通路。