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周树堂教授团队在PNAS发表昆虫生殖调控的重要研究进展
发布时间:2021年09月08日 15:44    作者:

近日,《美国科学院院刊》(PNAS)在线发表了周树堂教授团队题为“The vitellogenin receptor functionality of the migratory locust depends on its phosphorylation by juvenile hormone”的研究论文(doi:10.1073/pnas.2106908118)。该文通过对蝗虫、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。

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,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。

PNAS是国际顶级跨学科学术期刊,发表的论文涵盖生物、医学、化学、物理、数学、生态学等。在该研究中,青年教师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,河南大学为独立完成单位。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。

据悉,周树堂教授围绕植物生物胁迫中的害虫大量繁殖、环境适应和暴发危害特点,开展昆虫生殖的激素与营养调控机制研究。近年在PNAS、Development、Cellular and Molecular Life Sciences、PLoS Genetics等国际知名期刊发表系列学术论文,提出并阐述了JH/Met/Kr-h1通路既抑制昆虫幼虫变态也促进成虫生殖的假说,探究了卵黄原蛋白大量合成和众多卵同步成熟的分子机制,阐释了激素、营养和表观遗传学因子协同调控昆虫大量产卵的机理。

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



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