研究背景、存在的科学问题及研究意义　　 昆虫是地球上种类最多、数量最大的类群，因而对人类的生存活动有着巨大的影响。现在对昆虫的研究，并不只局限于对害虫的防治，而更多的是以昆虫为模型来研究多种生理现象背后的机理。昆虫的表皮是昆虫进化过程中产生的与生存息息相关的天然物理屏障，由几丁质、蛋白和脂质组成(Andersen，Hojrupetal.1995)。它覆盖了昆虫所有组织，能防止昆虫组织脱水，抵御天敌，同时使昆虫运动成为可能。由于表皮不具有延展性，随着昆虫个体的生长变大，昆虫的生长发育过程必须要经过多次蜕皮，包括卵孵化、幼虫之间的蜕皮、幼虫到蛹的蜕皮和蛹到成虫的蜕皮。　　 昆虫的蜕皮是一个复杂的生理过程，在蛋白酶作用下，昆虫在蜕皮过程中发生皮层融离，旧表皮消化吸收，为进一步形成新表皮做准备。在这个过程中，羧肽酶和氨肽酶起着关键作用(SamuelsandPaterson1995)。羧肽酶从羰基端水解肽链，而氨基酶从氨基端水解肽链(Willis2010)。蜕皮过程主要是由蜕皮激素20E和保幼激素JH调控的，20E起始蜕皮发生，JH则决定了蜕皮的性质(Burdette，1962;Riddiford，1993)。20E与核受体EcR结合后与USP异二聚化，形成20E-EcR/USP受体复合物，受体复合物与20E响应元件结合后招募共作用因子，指导下游效应基因的表达。JH通过与20E信号通路的拮抗作用协调控制昆虫生长发育。　　 除了20E和JH外，有实验揭示了insulin与20E的调作用共同调控昆虫生长发育。其中，胰岛素调节生长速度，而20E决定了生长持续时间，这是决定昆虫体重的两种关键因素，从而决定了昆虫变态的临界体重。果蝇胰岛素样肽(ILP)缺失突变体的生长延迟并且体重降低，暗示了胰岛素对昆虫发育的重要性(Broughton，Piperetal.2005)。FoxO(ForkheadboxO)是一种胰岛素的重要靶标蛋白。营养充分时，胰岛素通过其受体使FoxO磷酸化并留在细胞之内，而营养缺失时FoxO被激活并转移至细胞核与响应元件结合并调控相关基因的转录(Tower2011)。20E能有效解除胰岛素对FoxO的抑制。FoxO可以与至少700种启动子区结合，参与调控了多种生理过程如生长，细胞分化，细胞周期，抗压，肿瘤抑制，代谢和凋亡等(Alic，Andrewsetal.2011)。高等动物中FoxO蛋白是肿瘤抑制子，主要通过促进一系列基因的转录来实现，FoxO的降解会导致癌细胞的增殖和存活(HuangandTindall2011)。过表达FoxO能上调脂肪体中dilp6（insulin-likepeptide6，一类可被饥饿激活的肽）的mRNA水平，从而延长果蝇的寿命(Bai，Kangetal.2012)。FoxO在果蝇的先天免疫中起关键作用，它能诱导上调果蝇dPrxV（PeroxiredoxinV,过氧化物氧还酶）的表达水平从而抵御肠道感染(Ahn，Leeetal.2012)。干扰了FoxO的棉铃虫的不能正常蜕皮。FoxO能调控多种基因的表达，那么，FoxO通过调控哪些基因的表达来影响昆虫蜕皮的呢？　　 实验结果显示，FoxO在昆虫蜕皮变态期表达水平较高。20E能够上调FoxO的表达，干扰FoxO导致棉铃虫蜕皮异常现象的发生。通过对FoxO缺失导致的昆虫异常蜕皮的机理研究，发现FoxO可以调控CPA的表达，从而促进皮层融离。因此，FoxO在昆虫蜕皮期的皮层融离起关键作用。实验结果丰富了昆虫蜕皮的分子机理，完善对昆虫蜕皮机制的掌握，同时丰富了FoxO的功能研究。另外，昆虫表皮结构具有比较高的保守性，对其他昆虫蜕皮有借鉴意义。　　 研究方法与成果和结论　　 本文以棉铃虫为实验动物，运用实验室建立的表皮细胞系平台和虫体实验平台，运用分子生物学和细胞生物学等技术，研究了FoxO在昆虫生长发育中所发挥的重要作用，取得如下结果和结论:　　 FoxO通过影响CPA的表达参与昆虫蜕皮。FoxO在各组织的蜕皮期和变态期高表达。虫体激素刺激显示20E能够显著上调FoxO的表达，细胞系激素刺激显示20E在6h时使FoxO发生向核的转移。干扰FoxO会导致昆虫蜕皮异常（异常率达62％），说明FoxO对昆虫蜕皮是必须的。进一步检测干扰后的基因变化，发现虫体干扰FoxO会导致Br-Z2、CPA表达受阻。这些结果表明，FoxO参与了昆虫的蜕皮行为，是通过影响皮层融离来实现的。　　 创新点及意义　　 证明了棉铃虫FoxO在蜕皮期和变态决定期高表达，阐明了FoxO在蜕皮期具有促进皮层融离的功能，20E能够诱导FoxO去磷酸化入核，从而对抗insulin诱导的FoxO的磷酸化和细胞质定位，为20E和insulin的相互作用提供了实验证据，对了解昆虫蜕皮机理具有参考价值。