昆虫的蜕皮与变态-1.pptx
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昆虫蜕皮与变态,组员:
李海燕金双,第一节昆虫蜕皮与变态第二节昆虫蜕皮与变态的激素调控第三节蜕皮激素与保幼激素的相互作用第四节昆虫蜕皮与变态分子机制研究成果在生产中的应用,第一节昆虫蜕皮与变态昆虫是地球上种类和数量最多的生物类群,与人类的生产和生活息息相关。
由于昆虫几丁质外骨骼的限制,全变态昆虫在生长过程中必须通过多次蜕皮才能长大并完成整个生命周期,包括幼虫不同龄期间的幼虫蜕皮(简称蜕皮)和从末龄幼虫变为蛹和成虫的变态蜕皮(简称变态)。
一、昆虫蜕皮昆虫蜕皮时,旧表皮要被皮细胞和皮细胞腺分泌的蜕皮液分解,旧表皮与新表皮分离的过程称为皮层溶离。
蜕皮液中有蛋白酶和几丁质酶,可以水解旧表皮中的蛋白质和几丁质供新表皮形成。
研究发现羧肽酶A参与了皮层溶离中的蛋白质水解。
该基因在幼虫蜕皮和变态蜕皮时期高表达,其表达产物蛋白质分布在蜕皮和变态时期的新旧表皮之间,蜕皮激素上调该基因表达,而保幼激素类似物烯虫抑制该基因表达。
蝉的蜕皮,蝉的幼虫一生在土中生活,将要羽化时,于黄昏及夜间钻出土表,爬到树上,然后抓紧树皮,蜕皮羽化。
当蝉蛹的背上出现一条黑色的裂缝时,蜕皮的过程就开始了。
整个过程需要一个小时左右。
蝉的蜕皮,练一练,1、中药蝉蜕是蝉在发育中蜕下的()A、皮肤B、骨C、外骨骼D、甲壳2、发育不经过蛹期的昆虫是()A、螳螂B、蜜蜂C、菜粉蝶D、家蚕昆虫完全变态发育和不完全变态发育的区别http:
/,C,A,二、昆虫变态全变态昆虫在从幼虫转变为蛹和成虫的变态过程中发生组织重建,幼虫组织通过自嗜或凋亡等程序性细胞死亡途径解体消亡,成虫组织则由干细胞重新增殖形成。
典型的组织重建:
1.唾液腺程序性死亡2.中肠程序性死亡3.昆虫血细胞在组织重建中的作用,1.唾液腺程序性死亡幼虫唾液腺消亡所需的基因有:
由20E诱导的4个早期转录因子FTZ-F1(fushitarazufactor),Br(Broad),E74A和E93。
他们的突变造成果蝇幼虫唾液腺细胞死亡缺陷。
1.唾液腺程序性死亡FTZ-F1(fushitarazufactor)是蜕皮激素诱导的生物反应包括幼虫唾液腺消亡的关键因子,FTZ-F1调控转录因子Br,E74A和E93在唾液腺中的阶段特异性表达。
在FTZ-F1存在下,蜕皮激素诱导Br,E74A和E93达到最大表达量。
1.唾液腺程序性死亡E93是幼虫唾液腺对蜕皮激素反应发生消亡所需的,E93突变体中Br,E74A转录水平下降,说明E93作用于Br和E74A的上游。
E93突变体中,Br、E74A、E75A表达下降,从而造成受早期基因表达调控的细胞死亡相关的基因rpr、hid、caspase和dronc的表达也下降。
1.唾液腺程序性死亡Lee与Baehrecke证实了E93还可以调控细胞死亡的另一条途径自噬E93是一个新的程序性细胞死亡诱导因子,可以独立于rpr、hid、grim发挥作用。
1.唾液腺程序性死亡转录因子Br也参与变态时期组织退化消亡。
Broad是发生于蛹成虫变态期间前胸腺细胞退化的一个信号分子,其持续表达可能对协调变态期间前胸腺程序性细胞死亡起重要作用。
2.中肠程序性死亡昆虫的消化管包括前肠,中肠和后肠,中场是消化管的主要部分。
鳞翅目昆虫幼虫中肠是由柱状细胞、杯状细胞核可再生细胞(肠干细胞)组成的单层上皮。
2.中肠程序性死亡柱状细胞的功能是消化食物与吸收营养。
杯状细胞的功能是调节肠道PH。
肠干细胞的功能是在蜕皮和变态时增殖补充上皮细胞。
在变态时中肠发生重建,幼虫中肠凋亡被分解吸收,成虫中肠由中肠干细胞形成单一的柱状细胞层。
3.昆虫血细胞在组织重建中的作用昆虫血细胞的主要功能是参与免疫,但有证据表明家蚕颗粒血细胞在变态时可以进入中肠和脂肪体。
例如:
果蝇的脂肪体重建要依赖血细胞;家蚕血细胞在蜕皮时和蜕皮后出现规律性的增加和减少,蜕皮变态时20%30%血细胞发生程序性细胞死亡。
这些现象都说明了血细胞参与蜕皮与变态,但是血细胞是如何参与变态的并不清楚。
第二节昆虫蜕皮与变态的激素调控,1、昆虫激素的概念昆虫激素是指由昆虫内分泌器官或某些细胞分泌到体液中或体外,对其他器官或同种其他个体具有特殊作用的化学物质。
2、激素的种类及其作用昆虫激素种类很多,它们调节控制昆虫的蜕皮、变态、生殖腺发育等生理过程。
主要包括昆虫内激素和昆虫外激素两大类。
(1)昆虫内激素概念:
昆虫内激素是由昆虫腺体分泌的激素,对昆虫的生长发育有很大的影响。
种类:
内激素主要有三种:
脑激素、蜕皮激素、保幼激素(JH)。
返幼激素:
返幼激素又称为保幼激素,由昆虫的咽侧体分泌。
其主要作用是保持昆虫幼年时期的特性,防止昆虫内部器官的分化一变态,即防止出现成虫的性状。
昆虫快到变蛹时期便停止分泌返幼激素。
用返幼激素处理昆虫的成虫可引起不育现象。
蜕皮激素:
蜕皮激素又称变态蜕皮激素,蜕皮激素由前胸腺分泌。
当返幼激素停止分泌时,蜕皮激素使幼虫的内部器官分化、变态及蜕皮。
脑激素:
脑激素由昆虫的脑神经分泌细胞分泌脑激素具有调节保幼激素和蜕皮激素分泌的作用。
(2)昆虫外激素概念:
一般是指由昆虫体表腺体分泌到体外的一类挥发性的化学物质。
外激素分泌后直接散布到空气或水等媒介物上,以化学信号的形式影响和控制同种的其他个体,使它们作出反应。
由于外激素起着在同种个体之间传递化学信息的作用,因此又称为“信息激素”。
昆虫蜕皮是由多种激素调控完成的。
在外界光照、温度、营养等因素、内在虫体生长尺度引起的膨胀压力和牵张力以及体重的影响下,脑细胞合成和释放促前胸腺激素(prothoracicotropichormone,PTTH),促使前胸腺合成和释放蜕皮激素(蜕皮酮,eeaysione)。
蜕皮激素释放到血淋巴后转化成20一OH一蜕皮酮(20E),启动蜕皮过程。
合成和释放,释放,蜕皮发生,蝴蝶的发育过程,一、PTTH促进前胸腺合成蜕皮激素,蜕皮激素前体的合成是在神经激素PTTH介导下,由G一蛋白、钙离子通道蛋白、腺苷酸环化酶、蛋白激酶c、核糖体蛋白S6激酶和细胞色素P450等分子参与的信号转导过程。
二、蜕皮激素信号转导途径,昆虫蜕皮的分子调控机理是由蜕皮激素(20E)与蜕皮激素受体(EcR)和Ultraspiracleproteine(USP)形成的二聚体结合形成三聚体,再结合在早期转录因子的启动子部位,启动一系列早期转录因子表达,早期转录因子再调控下游的效应基因表达。
三、保幼激素信号转导途径,保幼激素(juvenilehormone,JH)在昆虫的幼虫生长、蛹期变态、成虫生殖以及其他生长和发育过程中发挥了非常重要的作用。
它是由附着于脑的一对分泌器官咽侧体合成并分泌到血液中的生理活性物质。
JH的一些作用是通过一膜受体和蛋白激C(proteinkinaseC,PKC)信号通路来完成的。
它的合成受脑释放的促咽侧体素和抑咽侧体素调控。
四、胰岛素信号传导,胰岛素信号传导也参与了昆虫的变态调控。
可以调控昆虫的生长、个体大小、代谢和寿命。
第三节蜕皮激素与保幼激素的相互作用,蜕皮激素与保幼激素的相互作用共同调控昆虫的蜕皮、变态和生长。
JH和20E相互作用是通过激素调控受体和某些伴侣蛋白形成不同的转录复合体从而实现两种激素的协同作用。
在蜕皮激素和保幼激素协同作用下,引起昆虫的蜕皮,而蜕皮激素单独作用时,则能引起昆虫变态。
蜕皮激素可以作用于体壁,促进新皮形成,同时又刺激每个环节的蜕皮腺分泌蜕皮液和增强几丁质酶的活性,使旧皮和新皮之间形成一个离层。
在幼虫蜕皮过程中,由于有保幼激素起作用,所以仍保持幼虫形态。
例如,在云杉卷叶蛾(Choristoneurafumiferana)JH酯酶的启动子区域发现了一个30bp的JH效应元件(CfJHRE),JH诱导某一特异性转录因子结合CfJHRE后启动基因转录,而蜕皮激素则抑制JH的这一诱导作用。
通过基因芯片分析,在黑腹果蝇L57细胞系中发现了16个JH诱导表达的基因,并且发现在它们的启动子区域都存在一个29bp的JH效应元件DmJHRE1。
DmJHRE1可以特异性结合伴侣蛋白FKBP39和Chd64,同时FKBP39和Chd64又可以与20E的受体EcR、USP以及JH的候选受体Met相互识别和结合,这些说明了蜕皮激素和保幼激素通过某些共同的蛋白质实现相互作用。
研究发现昆虫的很多基因确实可以被20E上调,也可以被JH上调,例如转录因子Br,不仅受蜕皮激素上调参与蜕皮激素信号转导,也受JH上调参与JH的信号转导。
在昆虫幼虫期如烟草天蛾幼虫的表皮中,JH能阻止蜕皮激素对Br的诱导表达,但一旦Br开始表达,JH就不能再阻止20E对Br的转录诱导。
在赤拟谷盗的蛹期用JH处理可以引起Br的过表达,可导致蛹成虫转变的异常。
第四节昆虫蜕皮与变态分子机制研究成果在生产中的应用1、农作物害虫防治2、家蚕养殖提高产量,1、农作物害虫防治蜕皮激素主要作用于幼虫到成虫阶段,引起昆虫蜕皮。
很多植物体中含有类似蜕皮激素的物质,被称为植物蜕皮(phytoecdysone)。
如:
从紫杉(TaxuscuspidateVar.nana)中分离到百日青甾酮(ponaeteroneA);从川牛膝中分离到川膝酮(cyasterone);从牛膝(Achyranthessp.)中分离到牛膝甾酮(inokosterone);这些物质施用后可使害虫提早蜕皮,不能正常发育。
通过RTPCR方法,我们克隆了棉铃虫激素接受子3(HHR3,GenBank:
AF337637)基因。
激素接受子3是蜕皮激素与EcR和USP结合后启动的早期转录因子,属于核激素受体家族成员。
它可以调控蜕皮的下游基因表达,同时阻遏幼虫表皮蛋白表达。
将棉铃虫P450monooxygenase基因的dsRNA转化到拟南芥、烟草和棉花等作物内,得到转基因作物,可以降低棉铃虫对棉酚的抗性,阻碍棉铃虫的正常生长。
随着昆虫蜕皮与变态分子机制的研究,必然发现更多的功能基因用于害虫控制。
2、家蚕养殖提高产量将昆虫激素中的保幼激素和蜕皮激素应用于养蚕生产,是近年来蚕业科学的一项新技术。
这项新技术-甘提高蚕茧单产、提高蚕茧出丝率等都有明显的效果。
家蚕在五龄中期以前,身体增长较快,其中包括绢丝腺的生长。
五龄中期以后,家蚕从桑叶中吸取的营养,主要用于绢丝腺内丝蛋白的合成,这时期内所合成的丝蛋白,约占全部绢丝物质总量的80左右,如果这时增加保幼激素含量,就能适当延长迅速合成丝蛋白的短暂时间,当然也就可以提高蚕丝的产量。
在蜕皮激素和保幼激素协同作用下,引起昆虫的蜕皮,而蜕皮激素单独作用时,则能引起昆虫变态。
蜕皮激素可以作用于体壁,促进新皮形成,同时又刺激每个环节的蜕皮腺分泌蜕皮液和增强几丁质酶的活性,使旧皮和新皮之间形成一个离层。
在幼虫蜕皮过程中,由于有保幼激素起作用,所以仍保持幼虫形态。
五龄见熟的家蚕体内保幼激素的分泌已趋停顿,体内的蜕皮激素迅速增加,这时添加外源的蜕皮激素,可以加快家蚕的成熟过程,使老熟齐一,上簇集中。
根据前面讲的保幼激素和蜕皮激素调控原理,在生产上为了让蚕多吐丝,就得想法延长蚕吐丝的五龄阶段(最后一次蜕皮后到化蛹的阶段),人们就用保幼激素均匀适量喷洒在桑叶上,就能延长五龄蚕的生长期,让它多吃桑叶,多产丝。
养蚕生产上于天气突变或计划不周出现的桑叶短缺,可以在供叶严重不足时添加蜕皮激素,促使家蚕提早老熟,减少损失;遇到蚕病发生时也可以及时添加蜕皮激素催熟,避免蚕病蔓延。
蝉的蜕变http:
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