实验室在昆虫生殖调控方面取得重要研究进展

作者：棉花生物学国家重点实验室办公室 日期：2021-11-19 访问量：

　　实验室周树堂教授团队通过对蝗虫、棉铃虫和美洲大蠊的研究，揭示了保幼激素通过包括G蛋白偶联受体（GPCR）、磷脂酶C（PLC）和蛋白激酶C iota（PKCι）在内的信号通路，诱导卵黄原蛋白受体（VgR）磷酸化，进而调控受体介导的内吞作用以及VgR从卵母细胞内向膜上迁移的分子机制。相关研究结果以“The vitellogenin receptor functionality of the migratory locust depends on its phosphorylation by juvenile hormone”为题发表在1区Top期刊《Proceeding of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS)》上（IF=11.205）。

　　在所有卵生动物中，卵黄原蛋白以卵黄的形式在卵母细胞中积累，它既是卵母细胞发育为成熟卵的前提，也是产卵之后胚胎发育的保障。VgR介导了卵黄原蛋白进入卵母细胞的内吞作用，同时也是卵母细胞的“门卫”，控制着病原微生物和共生菌从母体到下一代的垂直传播。虽然20世纪90年代已经报道了VgR及其介导的内吞作用，但一直不清楚VgR如何在卵母细胞膜上结合卵黄原蛋白并进入胞内，又怎样在卵母细胞内释放卵黄原蛋白并从胞内返回到膜上。

　　在许多昆虫中，卵黄原蛋白的合成、运输和VgR介导的内吞作用由倍半萜类的保幼激素调控。保幼激素是昆虫最重要的内分泌激素之一，不但抑制昆虫从幼虫到蛹到成虫的变态，也促进成虫生殖过程的卵黄生成和卵成熟。周树堂教授团队以蝗虫为模式，利用磷酸化蛋白质组学、液相色谱质谱和药理学分析，在VgR的第二个表皮生长因子前体同源结构域中鉴定到丝氨酸磷酸化位点Serine1361，发现保幼激素通过GPCR‒PLC‒PKCι信号通路诱导VgR在Serine1361磷酸化。借助遗传学、分子生物学和细胞生物学的方法，发现只有在Serine1361磷酸化状态下，VgR才能在卵母细胞膜上与卵黄原蛋白结合，进而通过内吞作用进入卵母细胞内。卵母细胞中内体的高酸性条件诱导VgR去磷酸化，去磷酸化的VgR与卵黄原蛋白分离，使卵黄原蛋白以卵黄形式储存于卵内，而VgR被PKCι磷酸化后返回到卵母细胞膜表面。进一步通过对棉铃虫、美洲大蠊等其它昆虫的研究，发现VgR磷酸化及其介导的内吞作用和亚细胞循环在进化上高度保守。

　　河南大学荆玉谱副教授为第一作者，周树堂教授为通讯作者，博士研究生李伦杰、硕士研究生张慈等为共同作者。该研究得到国家自然科学基金重点项目、联合基金重点项目和青年项目的资助。

      原文链接：https://www.pnas.org/content/118/37/e2106908118