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科研进展

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广西大学李雪生团队在J. Agric. Food Chem.上连续发文,深入阐述昆虫保幼激素JH分布、R-JH III立体合成及在蜜蜂社会性行为调控中的作用

来源: 日期:2023-12-08 阅读:

保幼激素(Juvenile HormoneJH)作为昆虫最重要的内分泌激素之一,在调控昆虫体型外观、蜕皮、滞育、抗逆性、卵黄形成、生殖与交配行为,以及对社会性昆虫的分工、级型分化、胰岛素代谢通路、迁徙的形成等生理过程起着至关重要的作用。目前已明确昆虫体内共存在8种不同结构的JH,但不同JH在昆虫体内如何分布、滴度水平、立体构型差异等缺乏系统研究。团队首先建立了一种可检测昆虫整虫,而非血淋巴的UPLC-MS/MS的高灵敏度检测方法,采用方法对58种昆虫体内5种主要的保幼激素JH IJH ⅡJH ⅢJHB3JHSB3:共18种手性异构体)进行分析。结果表明JHSB3JHB3分别在半翅目、双翅目昆虫体内特异合成,JH ⅠJH Ⅱ在鳞翅目中特异合成,JH Ⅲ在大多数昆虫中都存在,社会性昆虫JH Ⅲ滴度普遍较高。昆虫体内JH Ⅲ绝对构型均为10RJH Ⅱ均为(10R11S),JH Ⅰ均为(10R11S),JHSB3均为(2R3S10R),JHB3为(6S7S10R),JHs立体构型具有高度保守性。有趣的是,我们的结果发现,单环氧化结构的JH Ⅲ在绝大多数昆虫体内合成,且社会性行为昆虫体内滴度普遍较高。双环氧化结构的JHSB3JHB3均只在具有刺吸式口器的昆虫中发现,可能与其取食方式的进化存在某种关联。鳞翅目昆虫体内3JHJH ⅠJH ⅡJH Ⅲ)在幼虫期、成虫期呈现出各异的变化趋势,似乎表明3JH具有明确的功能分工。

成果解决了目前在昆虫整虫超痕量多种类多构型JHs精准定性定量全球性技术瓶颈,推动JHs在昆虫进化、变态发育、繁殖、靶标毒理等研究。TVT体育官方网站2020级硕士生易国强为该论文的第一作者,李雪生副教授为论文的唯一通讯作者,本研究工作得到广西农业环境与农产品安全重点实验室的支持。(J. Agric. Food Chem. 2023, 71, 7878−7890论文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jafc.3c01168)。

 

 



 

 

大部分昆虫体内均合成JH III用于调控其生理生物学功能,且均特异性合成R-JH III,但对于昆虫是如何精确调控并实现立体构型特异性合成,一直是生物学上未解之迷。团队为此进行了长达了4年的研究,首先原核表达获得蜜蜂JH III终端合成酶CYP15A1JH结合蛋白JHBP和水解酶JHEH,通过色谱手性拆分并经圆二色色谱检测,获得独立的RS-JH III,建立稳定的Tris-HCl培养体系,结合现代UPLC-MS/MS高精确分析方法,深入研究昆虫R-JH III的立体合成机制。结果表明,JHBPJHEHRS-JH III并无特异性保护结合和水解,蜜蜂R-JH III终端合成途径遵循先酯化后环氧化物的顺序,CYP15A1偏好于催化底物甲基法尼酯MF进行环氧化,对前体底物保幼激素酸JHA催化效率低。对底物MF平面构型具有高度识别,蜜蜂通过调控前体MF几何构型(2E6E)的精准合成,精确调控生成2E,6E,10R-JH III,改变MF几何构型(2E6E2E6Z2Z6Z)将导致JH III在几何、立体结构和比例上的改变。同时,蜜蜂可精确控制体内前体MF滴度,从而调控R-JH III合成,改变MF滴度则同时合成S-JH III。我们的研究首次阐明了昆虫体内R-JH III的立体合成分子机制,为进一步揭示昆虫JH III在变态发育、繁殖调控功能中的立体差异性,以及为基于JH立体高效干扰的有害生物防治分子靶标的筛选提供一种崭新思维。TVT体育官方网站2019级博士生侯建敢为该论文的第一作者,李雪生副教授为论文的唯一通讯作者,本研究工作得到国家自然科学基金项目及广西农业环境与农产品安全重点实验室的支持。J. Agric. Food Chem.2023.11,论文链接https://doi.org/10.1021/acs.jafc.3c05385

 

蜜蜂具有严格的社会等级分工,我们前期的研究发现,具有显著社会性、聚集行为的昆虫如蜜蜂、白蚁、蝗虫等体内普通具有更高滴度的JH III。我们以蜜蜂为研究对象,针对JH III与昆虫的社会性行为关联性进行了研究。结果表明,R-JH III对蜜蜂交互、交哺等社会行为影响明显高于S-JH IIIR-JHⅢ引起受体及下游应答基因更高响应,激活激素传感和信号传导等生物学过程,R-JH III与蜜蜂建立其社会系统优势具有显著关联。研究成果首次表明大多数昆虫特异性合成R-JH III可能在其生理调控中具有显著的进化优势。成果为昆虫行为分化、聚集与行为调控、立体构型与功能差异等研究开辟新途径。TVT体育官方网站2020级硕士罗杰为该论文的第一作者,李雪生副教授为论文的唯一通讯作者,本研究工作得到广西农业环境与农产品安全重点实验室的支持。 J. Agric. Food Chem. 2022, 70, 6097−6107论文链接:https://pubs.acs.org/doi/epdf/10.1021/acs.jafc.2c00762