棉花生物学国家重点实验室

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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:2021/9/16 17:10:24 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