研究背景及存在的科学问题昆虫是自然界中种类和数目最庞大的后生动物类群,对人类社会有着重要的影响。因此对昆虫生长发育的研究可以为人类利用益虫和控制害虫提供知识。昆虫的翅在昆虫的迁移、取食、繁殖等方面具有重要的作用,昆虫翅的发育涉及细胞增殖和激素调控,因而研究昆虫翅的发育不仅具有十分重要的理论意义,而且有较高的实践价值。昆虫的生长发育主要受到三种激素的调控,包括胰岛素及胰岛素样肽(insulin、insulin-like peptides,ILPs)、保幼激素(juvenilehormone,JH)和 20-羟基蜕皮酮(20-hydroxyecdysone,20E)。ILPs在促进组织细胞的生长和营养物质的代谢方面发挥着重要的作用,其中人类的松弛素(relaxin)具有促血管生成,抗细胞凋亡以及抗炎症反应等功能。JH维持幼虫状态。20E在促进幼虫组织发生凋亡,成虫组织新生和昆虫蜕皮及蜕皮变态过程中扮演调控因子的角色。成虫的翅由幼虫期的翅盘在变态期快速增殖长大,有研究报道20E促进翅盘增殖,ILPs在翅的发育中发挥作用,但此时幼虫中肠却在凋亡,两种组织在相同的20E滴度的血淋巴中却发生相反的细胞过程,其分子机制尚不清楚。研究结果本文以棉铃虫为实验对象,利用实验室的细胞和虫体研究平台,采取生物化学技术和分子生物学方法,探究了变态期翅盘发育命运不同于中肠的原因;研究了 20E对翅盘生长的调控机制;研究了棉铃虫中类松弛素的胰岛素样肽Ilp6(与人的松弛素关系较近)在翅盘发育中的功能,并取得了如下结果:发现凋亡相关基因在中肠中高表达而在翅盘中低表达,反之,细胞增殖相关基因在翅盘中的表达水平显著高于中肠,可能是两种组织在变态期不同命运的原因;胰岛素受体和20E核受体在中肠和翅盘中没有显著的差异表达,但20E的细胞膜受体GPCR在中肠中高表达,翅盘中低表达,说明20E的膜信号途径在两种组织命运中具有重要作用。注射人重组胰岛素对翅盘的生长没有促进作用,而注射20E可以显著促进翅盘生长,说明20E是促进翅盘生长的激素;但20E对翅盘生长的促进作用依赖一定的浓度;20E从血淋巴进入中肠和翅盘的量存在上限,但翅盘中20E的含量整体低于中肠,可能是20E调控两种组织中基因差异表达的原因;发现Ilp6在脂肪体和翅盘中高表达,虫体RNA干扰(RNAi)敲降Ilp6导致翅发育异常和化蛹延迟,表明Ilp6在发育过程中有着不可或缺的作用。结论、创新点及意义1.凋亡和增殖相关基因的组织差异表达使得翅盘的发育命运不同于中肠。2.翅盘中20E进入量显著低于中肠,翅盘中低含量的20E促进翅盘生长。3.Ilp6在脂肪体和翅盘高表达并且参与了翅的发育和变态发育。本文解释了 20E调控中肠和翅盘在变态期发育不同命运的机制,对了解翅盘的发育提供了参考。