保幼激素在昆蟲(chóng)中的分子作用機(jī)理

金敏娜，林欣大

(中國(guó)計(jì)量學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，浙江省生物計(jì)量與檢驗(yàn)檢疫重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州 310018)

1 保幼激素(Juvenile Hormone，JH)及其受體

保幼激素(Juvenile Hormone，JH)是由昆蟲(chóng)咽側(cè)體分泌的重要激素［1］，其主要功能包括保持幼蟲(chóng)的特性、維持前胸腺和促進(jìn)卵巢成熟，調(diào)控昆蟲(chóng)的發(fā)育、變態(tài)和生殖等過(guò)程［2-4］。近年來(lái)隨著分子生物學(xué)的不斷發(fā)展，一些國(guó)內(nèi)外研究團(tuán)隊(duì)以果蠅(Drosophila melanogaster)、赤擬谷盜(Tribolium castaneum)和德國(guó)小蠊(Blattella germanica)等為研究對(duì)象，借助RNA干擾和蛋白互作等技術(shù)在JH受體鑒定、JH調(diào)控昆蟲(chóng)胚后發(fā)育、生殖過(guò)程及JH與蛻皮激素(Ecd)的相互作用等方面做了大量的研究工作。例如，在紅椿(Pyrrhocoris apterus)中，JH可以阻止由Ecd引起的幼蟲(chóng)變態(tài)，從而維持蛻皮后的幼蟲(chóng)狀態(tài)。在沙蟋(Gryllus firmus)的研究中，發(fā)現(xiàn)JH與沙蟋的翅型分化有關(guān)。戴華國(guó)等還通過(guò)褐飛虱(Nilaparvata lugens)若蟲(chóng)體背點(diǎn)滴保幼激素類(lèi)似物烯蟲(chóng)酯(Methoprene)來(lái)證實(shí)褐飛虱翅型分化的敏感期是3齡末4齡初［5］。但Daimon等在家蠶(Bombyx mori)的dimolting(mod)突變體(缺少P450環(huán)氧酶而不能合成JH)中，發(fā)現(xiàn)在2齡幼蟲(chóng)過(guò)后仍能發(fā)育成為早熟蛹［6］。這個(gè)結(jié)果暗示家蠶早期低齡幼蟲(chóng)對(duì)保幼激素缺失不敏感，因此，JH可能還有其他功能或作用機(jī)制［7］。

1.1 JH受體

了解保幼激素分子作用的機(jī)制，很大程度上受限于JH受體的鑒定。在過(guò)去的20多年里國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)JH受體的克隆與鑒定做了大量的實(shí)驗(yàn)和研究［8-9］。

早在1986年Wilson等在Met突變體果蠅對(duì)JH抗性研究中，發(fā)現(xiàn)過(guò)量的JH處理可以誘導(dǎo)果蠅幼蟲(chóng)生成假瘤(pseudotumor)，而Met突變體對(duì)這種誘導(dǎo)作用的耐受能力遠(yuǎn)比正常果蠅強(qiáng)［10］。methoprenetolerant(Met)屬于bHLH-PAS轉(zhuǎn)錄因子基因家族［11-12］，在果蠅對(duì)保幼激素類(lèi)似物烯蟲(chóng)酯的抗性研究中，也有發(fā)現(xiàn)Met突變體對(duì)烯蟲(chóng)酯的耐受能力比正常果蠅強(qiáng)［13］，并且Met突變體抑制烯蟲(chóng)酯誘導(dǎo)功能的發(fā)揮，制約雌性果蠅卵黃發(fā)育。Miura等人研究表明JH能強(qiáng)烈而特異性地結(jié)合Met，并迅速誘導(dǎo)Met進(jìn)行轉(zhuǎn)錄［14］。離體轉(zhuǎn)錄翻譯的果蠅Met與JHIII有生理水平上的親和力，反之JHIII也可以誘導(dǎo)Met進(jìn)行轉(zhuǎn)錄、翻譯合成JH受體蛋白Met。以上結(jié)果表明Met是最有可能的JH受體。

然而Pursley等發(fā)現(xiàn)Met基因缺失的突變體果蠅除了產(chǎn)卵延后、生殖力下降以外，胚后發(fā)育一切正常，這就與Met作為JH受體應(yīng)有的表型相矛盾的。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)Met有一個(gè)旁系同源基因Germ cellexpressed(Gce)［15］。Met和 Gce具有部分的功能重疊性，Gce能明顯提高M(jìn)et突變體對(duì)烯蟲(chóng)酯的敏感性，只有兩個(gè)基因的雙突變體才會(huì)有致死性［16］，并且Gce與JHIII也有生理水平上的親和力［17］。此外，對(duì)赤擬谷盜Met基因進(jìn)行RNA干擾發(fā)現(xiàn)化蛹提前而形成早熟蛹，這種表型與JH缺失的表型相似，也為Met是JH受體的說(shuō)法提供有力的證據(jù)［18］。就目前而言，JH 受體包括 Met和 Gce［19-20］。

1.2 JH受體相關(guān)蛋白

在果蠅的研究中發(fā)現(xiàn)bHLH-PAS(basic Helix-Loop-Helix-Per/Arnt/Sim)與核受體(如Met和Gce)結(jié)合形成異源二聚體，作為主要成分參與保幼激素信號(hào)通路［19，21-22］。在伊蚊(Aedes)的研究中發(fā)現(xiàn)MET和cycle(CYC)都屬于bHLH-PAS轉(zhuǎn)錄因子，兩者結(jié)合形成的二聚體，再與bHLH-PAS轉(zhuǎn)錄激活物steroid receptor coactivator(SRC/FISC)結(jié)合形成MET/CYC/FISC聚合物，將JH信號(hào)傳遞給下游應(yīng)答基因Kr-h1和 Hairy，從而引起幼蟲(chóng)的生理反應(yīng)［11］。Sang等猜想 MET可以招募不同的DNA結(jié)合域bHLH-PAS 來(lái)發(fā)揮作用［11］。

2 Kr-h1基因

JH從咽側(cè)體分泌后，與載體蛋白形成復(fù)合體，經(jīng)血循環(huán)到達(dá)細(xì)胞核，與核受體(Met、Gce等)或相關(guān)復(fù)合物特異性結(jié)合，進(jìn)而對(duì)JH信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換并啟動(dòng)細(xì)胞內(nèi)特定基因Krüppel-homolog 1(Kr-h1)轉(zhuǎn)錄，最終影響昆蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育和引起相關(guān)形態(tài)等的變化［23］。早在 1896年，Schuh等在果蠅中發(fā)現(xiàn)了Krüppel(Kr)基因，該基因編碼的蛋白是一類(lèi)具有鋅指結(jié)構(gòu)域的轉(zhuǎn)錄因子，并且通過(guò)原位雜交在果蠅基因組和真核生物中發(fā)現(xiàn) Krüppel有多種同源基因(Krüppel-homologous gene)，經(jīng)過(guò)克隆、分析及鑒定，結(jié)果顯示Krüppel-homologous gene具有調(diào)控果蠅生長(zhǎng)發(fā)育的作用［24］。后來(lái)在果蠅研究中的表明Kr-h1基因參與JH信號(hào)傳導(dǎo)途徑，并發(fā)揮其生理功能。隨后鑒定了JH受體Met和Gce，并且發(fā)現(xiàn)Kr-h1處于它們的下游，從而逐步形成了JH-Met(協(xié)同Gce)-Krh1調(diào)控模式，開(kāi)始了Kr-h1研究的新篇章，被廣泛應(yīng)用于全變態(tài)和不全變態(tài)昆蟲(chóng)的研究中。Kr-h1基因影響神經(jīng)細(xì)胞分化，調(diào)控胚胎、蛻皮等發(fā)育過(guò)程，球菜葉蛾(Agrotis ipsilon)AiKr-h1基因與雄性幼蟲(chóng)的性行為成熟密切相關(guān)，借助德國(guó)小蠊(Blattella germanica)Kr-h1基因，可以探索昆蟲(chóng)不全變態(tài)發(fā)育和全變態(tài)發(fā)育的差異［25］。

近年來(lái)對(duì)Kr-h1的研究逐漸增多，除了家蠶、黑腹果蠅、蜜蜂(Apis mellifera)和赤擬谷盜之外，通過(guò)NCBI檢索還發(fā)現(xiàn)了瘧蚊(Anopheles gambiae)、埃及伊蚊(Aedes aegypti)、致倦庫(kù)蚊(Culex quinquefasciatus)、紅火蚊(Solenopsis invicta)、擬暗果蠅(Drosophila pseudoobscura)、螞蟻(Camponotus floridanus)、吸血紅椿(Rhodnius prolixus)［23］、紅椿(Pyrrhocoris apterus)［23］、熊蜂(Bombus terrestris)、苜蓿切葉蜂(Megachile rotundata)、球菜夜蛾［26］等昆蟲(chóng)均有 Kr-h1或 Kr-h1同源基因。

2.1 Kr-h1基因的結(jié)構(gòu)

最早是從果蠅中分離出了Kr-h1的突變體等位基因，分別是kr-h2—kr-h5，發(fā)現(xiàn)這些基因都是蛹致死因子，與kr-h1并沒(méi)有互補(bǔ)關(guān)系，突變位點(diǎn)位于遠(yuǎn)離Kr-hα啟動(dòng)子或者在第一個(gè)內(nèi)含子的起始端［27］。

早在1986年，Schun等人就提出Kr-h1翻譯后的氨基酸是一種含有2個(gè)Cys和2個(gè)His的鋅指結(jié)構(gòu)，Kr-h1基因的原初轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物存在可變剪接，主要有 3 種剪接產(chǎn)物:Kr-h1α、Kr-h1β 和 Kr-h1λ［24］。Krh1α和Kr-h1λ主要調(diào)控昆蟲(chóng)的蛹期變態(tài)及幼蟲(chóng)-蛹的過(guò)程［28］;而Kr-h1β在胚胎中含量極其豐富，在昆蟲(chóng)的胚胎發(fā)育及卵-幼蟲(chóng)的發(fā)育過(guò)程中起到主要調(diào)控作用［27，29］?，F(xiàn)有研究表明Kr-h1蛋白是一種含C2H2鋅指結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)錄因子，處于保幼激素受體Met下游。根據(jù)NCBI上的信息，查詢結(jié)果顯示目前為止擁有完整的8個(gè)鋅指結(jié)構(gòu)(Zn1—Zn8)的Kr-h1基因共有18個(gè)。將這18個(gè)Kr-h1基因和克隆的褐飛虱Krh1翻譯后進(jìn)行氨基酸序列比對(duì)(圖1)，結(jié)果顯示8個(gè)鋅指結(jié)構(gòu)保守性存在明顯差異，Zn1和Zn8的保守性較低，Zn2—Zn7的保守性相對(duì)較高。此外8個(gè)鋅指的長(zhǎng)短差別很大，尤其是Zn4特別短，其次是Zn7(圖1)。

圖1 Kr-h1蛋白8個(gè)鋅指結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)發(fā)育分析Fig.1 Phylogenic analysis of 8 Zinc fingers from Kr-h1 protein

此外，還找到了兩個(gè)Kr-h1全長(zhǎng)基因，分別是人頭虱(Pediculus humanus corporis)的PhcKr-h1基因和麗蠅蛹集金小蜂的(Nasonia vitripennis)NvKr-h1基因。將這兩個(gè)基因翻譯成氨基酸后與上述的19種Kr-h1蛋白進(jìn)行比較分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)所有所有Kr-h1蛋白均有Zn4，因此猜想該鋅指的功能最為普遍，此外還發(fā)現(xiàn)人頭虱的Kr-h1蛋白除了Zn7外其余鋅指都有，而麗蠅蛹集金小蜂的Kr-h1蛋白只有Zn4和Zn7(圖2)。非常有意思的是人頭虱和麗蠅蛹集金小蜂都屬于寄生類(lèi)昆蟲(chóng)，所以推測(cè)Kr-h1基因的鋅指結(jié)構(gòu)可能在這兩種昆蟲(chóng)的長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中出現(xiàn)部分退化，表現(xiàn)出Kr-h1鋅指蛋白個(gè)數(shù)的缺失，從另一方面來(lái)說(shuō)，也可能8個(gè)鋅指結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)上有一定的冗余性?？偠灾?，根據(jù)Kr-h1鋅指蛋白基因的分布情況分析不同物種Kr-h1的差異，有助于更清晰地了解該基因的結(jié)構(gòu)功能與特點(diǎn)。

圖2 Kr-h1蛋白鋅指分布圖Fig.2 Zinc fingersdistribution of Kr-h1 proteins

2.2 Kr-h1基因的功能

研究發(fā)現(xiàn)，在果蠅［27］、赤擬谷盜［30］等全變態(tài)發(fā)育昆蟲(chóng)的胚胎期和幼蟲(chóng)期，Kr-h1基因胚胎發(fā)育和胚后幼蟲(chóng)蛻皮發(fā)育過(guò)程中表達(dá)比較活躍，蛹期則幾乎消失或不表達(dá)。在西花薊馬(Frankiniella occidentalis)［31］、德國(guó)小蠊［32］等不全變態(tài)發(fā)育昆蟲(chóng)中，Kr-h1基因在胚胎和早期若蟲(chóng)期表達(dá)活躍，在若蟲(chóng)末期表達(dá)非常低。因此在昆蟲(chóng)成蟲(chóng)即將形成的分界段，Kr-h1的表達(dá)非常低甚至消失，暗示該基因的主要功能發(fā)揮在胚胎及幼蟲(chóng)(或若蟲(chóng))時(shí)期。

迄今為止有關(guān)Kr-h1基因的功能研究主要集中在以下幾個(gè)方面:調(diào)控昆蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育、促進(jìn)神經(jīng)元細(xì)胞的形成以及影響蜜蜂的覓食行為和雄性球菜夜蛾的性行為成熟(表1)。

2.2.1 調(diào)控生長(zhǎng)發(fā)育及變態(tài)

近年來(lái)，通過(guò)各種分子生物學(xué)手段探究該基因的功能。通過(guò)熒光定量PCR技術(shù)檢測(cè)Kr-h1在果蠅的胚胎及早期幼蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育階段的表達(dá)水平，結(jié)果顯示該基因的表達(dá)量在胚胎和幼蟲(chóng)中表達(dá)量高，并且DmKr-h1在變態(tài)發(fā)育過(guò)程中起到重要的調(diào)控作用［27-28，33］。也有大量研究表明 DmKr-h1通過(guò) JH 受體Met和Gce傳遞保幼激素信號(hào)，維持幼蟲(chóng)形態(tài)，調(diào)控幼蟲(chóng)的生長(zhǎng)發(fā)育與變態(tài)［16，19］。

Hiroto等在家蠶(Bombyx mori)的研究中發(fā)現(xiàn)Kr-h1基因在家蠶的4齡末5齡初時(shí)期(V0)表達(dá)量很高，在5齡后1d(V1)時(shí)期表達(dá)量低下，在5齡后2d(V2)時(shí)期表達(dá)量更低［34］。隨著家蠶幼蟲(chóng)的不斷發(fā)育，BmKr-h1的表達(dá)明顯下降，這說(shuō)明BmKr-h1具有調(diào)控幼蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育的功能。有實(shí)驗(yàn)者通過(guò)對(duì)赤擬谷盜和西花薊馬的研究來(lái)初步分析Kr-h1基因在完全變態(tài)發(fā)育和不完全變態(tài)發(fā)育兩類(lèi)昆蟲(chóng)中的功能［32］。赤擬谷盜的生長(zhǎng)發(fā)育屬于完全變態(tài)發(fā)育，TcKr-h1的功能類(lèi)似于DmKr-h1和BmKr-h1，起到調(diào)控胚胎發(fā)育、早期幼蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育及后期變態(tài)過(guò)程的作用［30，35］。西花薊馬Kr-h1在胚胎期轉(zhuǎn)錄水平非常高，幼蟲(chóng)和前蛹期較低，蛹期則相當(dāng)?shù)停@表明FoKrh1可能在胚胎、幼蟲(chóng)及蛹等階段起著調(diào)控作用［31］。

此外，不少研究者通過(guò)改變外源保幼激素或保幼類(lèi)似物的濃度來(lái)處理家蠶早期幼蟲(chóng)，引發(fā)幼蟲(chóng)額外蛻皮形成超齡幼蟲(chóng)或提前成熟化蛹［28］。從分子水平上來(lái)說(shuō)，家蠶的這些形態(tài)變化與Kr-h1的變化有關(guān)，即Kr-h1的表達(dá)水平在一定程度上決定了幼蟲(chóng)的蛻皮與變態(tài)發(fā)育。用吡丙醚(pyriproxyfen)處理家蠶幼蟲(chóng)，前蛹和早期蛹雖然能發(fā)育成蛹但最終死亡［31］。利用RNAi技術(shù)將德國(guó)小蠊倒數(shù)第二齡或第三齡若蟲(chóng)的Kr-h1表達(dá)水平下調(diào)，結(jié)果導(dǎo)致早熟成蟲(chóng)的形成［32，36］。

表1 Kr-h1基因的功能Table 1 Function ofKr-h1 gene

在褐飛虱的Kr-h1研究中發(fā)現(xiàn)，NlKr-h1在胚胎、1齡及2齡若蟲(chóng)中的表達(dá)量相對(duì)較高(Jin等未發(fā)表資料)。利用RNAi技術(shù)將3齡若蟲(chóng)的 NlKr-h1沉默，結(jié)果發(fā)現(xiàn)成蟲(chóng)的足、翅和生殖器發(fā)育明顯異常。此外NlKr-h1在大腦、翅、中腸及卵巢中表達(dá)活躍，推測(cè)NlKr-h1在胚胎發(fā)育、若蟲(chóng)生長(zhǎng)及成蟲(chóng)成熟具有重要的調(diào)控作用。

2.2.2 促進(jìn)神經(jīng)元細(xì)胞形成

有研究表明，Kr-h1參與果蠅幼體神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育，促使光感受器的發(fā)育和成熟［37］。在果蠅幼體的蘑菇體神經(jīng)元細(xì)胞中，無(wú)論是處于初始分化階段還是神經(jīng)突形成階段，DmKr-h1表達(dá)量均下調(diào)，這表明神經(jīng)元形態(tài)發(fā)生時(shí)期DmKr-h1表達(dá)下調(diào)為其正常發(fā)育所需［37］。Duportets等人在球菜夜蛾雄性蟲(chóng)體的研究中發(fā)現(xiàn)，AiKr-h1在不同組織中均有不同程度的表達(dá)，其中在腿部、胸部、大腦、觸角葉中的表達(dá)量比觸角、翅膀及腹部中高，尤其在腦部表達(dá)較高，因此懷疑AiKr-h1與幼體神經(jīng)元形成有一定聯(lián)系［26］。

2.2.3 影響行為

Fussnecker等研究發(fā)現(xiàn)Kr-h1基因也與蜜蜂的覓食行為有關(guān)［40］。AmKr-h1在蜜蜂的腦部大量表達(dá)。工蜂是主要覓食群體，通過(guò)熒光定量PCR檢測(cè)到工蜂體內(nèi)AmKr-h1的表達(dá)水平遠(yuǎn)高于生育蜂群。研究結(jié)果表明AmKr-h1啟動(dòng)子有應(yīng)答大腦中cGMP信號(hào)傳導(dǎo)的元件，AmKr-h1基因影響cGMP介導(dǎo)蛋白激酶 G(Protein Kinase G，PKG)的激活［42］。有意思的是，Duportets等的研究發(fā)現(xiàn)AiKr-h1可能與雄性球菜夜蛾的性行為成熟有關(guān)［26］。

2.3 Kr-h1基因的調(diào)控

2.3.1 JH或JH類(lèi)似物(JHA)對(duì)Kr-h1表達(dá)的影響

近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究者們紛紛表明JH可能通過(guò)JH受體基因Met及其下游基因Kr-h1發(fā)揮其維持幼蟲(chóng)形態(tài)或抑制變態(tài)的作用［31，39，42-45］。用 JH 及 JHA處理家蠶幼蟲(chóng)，并通過(guò)qPCR檢測(cè)不同齡期幼蟲(chóng)體內(nèi)BmKr-h1的表達(dá)水平，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)JH或JHA濃度增加，將引起家蠶幼蟲(chóng)額外蛻皮而形成超齡幼蟲(chóng);若人為降低保幼激素含量，則會(huì)導(dǎo)致幼蟲(chóng)提前化蛹，即“小”蛹。此外關(guān)于果蠅和赤擬谷盜JH信號(hào)通路的研究中，證實(shí)Kr-h1是一種重要的JH信號(hào)傳遞介質(zhì)，并且隨著JH的變化而影響轉(zhuǎn)錄水平［45-46］。

用JHA和對(duì)照組丙酮(Acetone)處理家蠶幼蟲(chóng)V3(5齡后3d的幼蟲(chóng))，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Kr-h1的表達(dá)量在JHA處理后的V3體內(nèi)與V0時(shí)期一樣高，而在丙酮處理后的V3體內(nèi)表達(dá)量非常低，說(shuō)明在JH存在的條件下家蠶Kr-h1基因仍能正常表達(dá)而不受齡期的影響［34］。用吡丙醚(Pyriproxifen)處理西花薊馬和捕食性薊馬(Haplothrips brevitubus)，結(jié)果表明吡丙醚可以誘導(dǎo) Kr-h1的表達(dá)［31］。

因此，JH及JHA可以誘導(dǎo)Kr-h1基因表達(dá)，Krh1接收由JH受體Met傳遞的JH信號(hào)，調(diào)控其自身的轉(zhuǎn)錄表達(dá)。

3.3.2 Kr-h1上游調(diào)控元件

先前已經(jīng)在云杉卷葉蛾(Choristoneura fumiferana)保幼激素酯酶(JH esterase)的啟動(dòng)子(Promoter)區(qū)域發(fā)現(xiàn)了一個(gè)30 bp的保幼激素反應(yīng)元件(CfJHRE)［47］。Kayukawa等對(duì)家蠶 Kr-h1基因的調(diào)控作了較深入的研究，發(fā)現(xiàn)在BmKr-h1上游2 kb附近有一個(gè)大小為141 bp的保幼激素應(yīng)答元件kJHRE，該元件包含有一段CACGTG序列，稱之為E-box。bHLH-PAS家族轉(zhuǎn)錄因子BmMet2接受JH信號(hào)并與另一個(gè)bHLH-PAS家族轉(zhuǎn)錄因子BmSRC2作用形成二聚體(JH/BmMet2/BmSRC2)，從而 JH/BmMet2/BmSRC2定位在 kJHRE元件上，并激活BmKr-h1［46］。值得一提的是，結(jié)合已發(fā)表資料參考文獻(xiàn)［46］，通過(guò)序列比對(duì)發(fā)現(xiàn)，在果蠅、赤擬谷盜、蜜蜂、麗蠅蛹集金小蜂、豌豆蚜(Acyrthosiphon pisum)以及褐飛虱Kr-h1基因的上游均含有E-box(圖3)。其中目前研究發(fā)現(xiàn)TcKr-h1和AmKr-h1的E-box距離Kr-h1 啟動(dòng)子比較近，而 BmKr-h1、ApKr-h1、DmKr-h1、NvKr-h1和NlKr-h1的E-box距離啟動(dòng)子相對(duì)較遠(yuǎn)。

3 Kr-h1與Broad complex(BrC)的互作關(guān)系

3.1 JH和Ecd的互作

圖3 Kr-h1基因的部分上游調(diào)控序列Fig.3 Partial sequence of Kr-h1 upstream region

JH和Ecd是調(diào)控昆蟲(chóng)發(fā)育和變態(tài)的兩種最為重要的激素［48-49］，兩者之間相互作用、相互影響。Wang等人采用蛻皮激素和保幼激素類(lèi)似物處理三眠蠶，結(jié)果用保幼激素類(lèi)似物處理后的三眠蠶比正常的大，成為超齡幼蟲(chóng)，而蛻皮激素處理后的三眠蠶提前蛻皮，繼而因不完全蛻皮致死［48］。有研究發(fā)現(xiàn)果蠅與家蠶和赤擬谷盜不同，外源保幼激素處理不能誘導(dǎo)幼蟲(chóng)額外蛻皮形成超齡幼蟲(chóng)，但持續(xù)給幼蟲(chóng)喂食高濃度的保幼激素將導(dǎo)致預(yù)成蟲(chóng)腹部發(fā)育異常［50］。JH可以通過(guò)調(diào)控或者抑制Ecd來(lái)影響昆蟲(chóng)的變態(tài)發(fā)育過(guò)程［51］，所以說(shuō)JH和Ecd是在昆蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育和成蟲(chóng)發(fā)育時(shí)期的兩種重要信號(hào)傳遞者，調(diào)控昆蟲(chóng)的生長(zhǎng)發(fā)育、蛻皮及成蟲(chóng)的成熟。

3.2 Kr-h1與Br的互作

Br(BrC)是蛻皮激素的轉(zhuǎn)錄因子基因，通過(guò)蛻皮激素受體復(fù)合物傳遞蛻皮信號(hào)至Br，引起該基因大量轉(zhuǎn)錄并促使幼蟲(chóng)蛻皮或變態(tài)。Br在蛻皮激素信號(hào)傳導(dǎo)途徑中扮演著重要的角色，也是連接保幼激素與蛻皮激素信號(hào)通路的節(jié)點(diǎn)。

在果蠅的研究中發(fā)現(xiàn)JH通過(guò)Met和Gce傳遞信號(hào)，促使DmKr-h1基因表達(dá)上調(diào)，而DmKr-h1卻抑制 DmBr的表達(dá)［16］。家蠶的 BmKr-h1可以延遲Bombyx mori Br(BmBr)基因的表達(dá)，BmKr-h1對(duì)BmBr有抑制作用［31，52］。用吡丙醚處理西花薊馬和捕食性薊馬，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)吡丙醚可以誘導(dǎo)FoKr-h1的表達(dá)，而FoKr-h1抑制Frankliniella occidentalis Br(FoBr)的表達(dá)。FoKr-h1在胚胎、幼蟲(chóng)及前蛹期均有不同程度的表達(dá)，直到蛹期才停止表達(dá)，而與此同時(shí)FoBr則進(jìn)行大量轉(zhuǎn)錄和表達(dá)。遺憾的是，在薊馬中缺乏RNAi技術(shù)而未能進(jìn)一步明確FoKr-h1和FoBr的功能［31］。

研究還發(fā)現(xiàn)赤擬谷盜Kr-h1和Br也有類(lèi)似的相互作用機(jī)制［45，53］。TcKr-h1 在蛹期前均有表達(dá)，而蛹期后未見(jiàn)表達(dá)。通過(guò)RNA干擾等研究發(fā)現(xiàn)TcKr-h1是Tribolium castaneum Met(TcMet)下游基因，在蛹期TcMet的調(diào)控并由TcMet傳遞保幼激素信號(hào)，促使幼蟲(chóng)維持形態(tài)。有意思的是，在保幼激素類(lèi)似物Methoprene處理后，TcKr-h1與 Tribolium castaneum Br(TcBr)表達(dá)量出現(xiàn)了相反的趨勢(shì)，表現(xiàn)出TcKr-h1對(duì)TcBr基因的抑制作用。TcKr-h1是作為JH應(yīng)答基因，在JH信號(hào)傳達(dá)途徑中聯(lián)系TcMet，并且對(duì)蛻皮激素信號(hào)傳導(dǎo)途徑中TcBr基因有抑制作用，因此TcKr-h1和TcBr可能是聯(lián)系保幼激素和蛻皮激素兩大信號(hào)通路的關(guān)鍵基因。

雖然在家蠶、黑腹果蠅及赤擬谷盜中Kr-h1對(duì)Br均有抑制作用(圖4)，但是這種說(shuō)法尚待進(jìn)一步研究明確，因此Kr-h1與Br在保幼激素和蛻皮激素信號(hào)傳導(dǎo)中的分子作用機(jī)制待進(jìn)一步研究［50］。

圖4 Kr-h1(JH信號(hào))和Br(Ecd信號(hào))的互作關(guān)系Fig.4 Interaction between Kr-h1(JH signaling)and Br(Ecd signaling).

4 結(jié)論與展望

綜上所述，通過(guò)多方面、多角度地挖掘JH及其相關(guān)的分子研究:JH應(yīng)答基因(反應(yīng)元件)、JH受體鑒定及其相關(guān)蛋白研究、JH與Ecd的交互作用等，逐步了解轉(zhuǎn)錄因子Kr-h1的特性與功能。目前已經(jīng)證實(shí)了JH是通過(guò)JH受體基因Met調(diào)控下游基因Kr-h1，并引起相應(yīng)的生理學(xué)反應(yīng)，當(dāng)然在JH的這一信號(hào)通路中還涉及諸多蛋白或轉(zhuǎn)錄因子的協(xié)助。JH-Met-Kr-h1的調(diào)控模式是一個(gè)比較復(fù)雜的過(guò)程但是至少現(xiàn)在比較肯定的是Kr-h1可以傳遞保幼激素信號(hào)并調(diào)控昆蟲(chóng)早期生長(zhǎng)發(fā)育和變態(tài)。

總言之，Kr-h1的研究還有不少問(wèn)題亟需回答。例如Kr-h1與Br如何搭建橋梁，連接JH和Ecd信號(hào)傳導(dǎo)途徑?上游保幼激素反應(yīng)元件核心區(qū)域E-box與啟動(dòng)子的距離，與Kr-h1的功能是否有關(guān)?有什么樣的關(guān)聯(lián)?Kr-h1和哪些相關(guān)基因形成緊密聯(lián)系的級(jí)聯(lián)反應(yīng)?對(duì)Kr-h1的深入研究必將有助于我們更加清晰的了解JH作用的分子機(jī)制，相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)可以研制出更為安全的生物農(nóng)藥，維護(hù)生態(tài)環(huán)境安全，同時(shí)也有助于解決農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)危害造成的大量糧食損失問(wèn)題。

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