大猿叶虫滞育准备期与产卵前期的转录因子分析

摘要

滞育是昆虫借以度过不良环境、维持种群延续的一种生存对策。昆虫感受到不利光周期、温度、食料等季节性环境变化后,会程序性启动一系列生理生化反应来积累大量营养物质以用于其在逆境中生存消耗。随着滞育研究的不断深入,科学家已经在淡色库蚊Culex pipiens、始红蝽Pyrrhocoris apterus以及黑腹果蝇Drosophila melanogaster等昆虫中,逐步构建出由昆虫胰岛素信号和保幼激素（Juvenilehormone,JH）信号为核心的生殖滞育准备调控分子网络构架。然而,昆虫胰岛素样肽（Insulinlikepeptide,ILP）和JH生成如何被程序性的抑制、以及胰岛素和JH信号如何开启滞育关联信号转导过程等仍是亟待解决的科学问题。为此,本研究利用一种兼性滞育的十字花科蔬菜害虫——大猿叶虫Colaphellus bowringi Baly为材料,开展生殖滞育诱导和准备过程中胰岛素与JH的调控研究。大猿叶虫在25℃条件下,分别在LD 16:8和LD12:12光周期下饲养获得注定滞育和注定非滞育个体,雌成虫羽化后前4天分别为滞育准备期和产卵期。通过分析前期建立的大猿叶虫转录组数据库（Tan et al., 2015）,获得832个被注释为具备转录因子活性结构的Unigenes,主要为zf-C2H2（24.3%）、zf-H2C22（18.1%）、THAP（6.6%）以及b HLH（5.8%）等基因家族。基于转录组基因表达谱数据,筛选获得在注定非滞育雌成虫羽化后2天和4天显著高表达的转录因子Unigenes分别为23个和39个。通过GO富集分析发现,这些转录因子Unigenes主要分布于Developmental、Reproductive、Cellular and organismal和Response to stimulus等生物过程,暗示了其在注定非滞育雌成虫产卵前期可能响应环境信号完成生殖发育中的信号转导过程。与此同时,推测这些转录因子在滞育准备期的低表达可能是诱导大猿叶虫进入生殖滞育的关键。另外,通过分析发现,昆虫同源的胰岛素活化转录因子Macrophage activating factor A以及JH信号下游转录因子Krüppel homolog 1和Broadcomplexcoreprotein均在注定非滞育雌成虫中显著高表达,这进一步暗示了胰岛素和JH信号促进了大猿叶虫的生殖发育而抑制滞育准备。同时,研究发现,组蛋白SUMO化基因E3 SUMO-protein ligase PIAS1、组蛋白乙酰化基因Cyclic AMP response elementbindingprotein A以及转录激活因子Myc、E2F等也在注定非滞育雌成虫中显著高表达。这些结果表明,光周期诱导下的大猿叶虫生殖或滞育的发生,可能是由组蛋白表观修饰以及多个转录因子共同作用下,启动或终止一系列基因转录事件,激活或抑制胰岛素和JH信号,从而完成产卵前期或滞育准备期必要的器官发育与营养储备。本研究为进一步揭示昆虫生殖滞育准备调控的内分泌调控路径,明确昆虫滞育发生的内源调节机制提供了线索。