钙调磷酸酶调控棉铃虫性信息素合成分子机制的研究

Pheromone biosynthesis activating neuropeptide(PBAN) regulates the synthesis and release of insect sex pheromone by binding to its receptor and activating Ca2+ as the secondary messenger. Ca2+ interacts with Ca2+ binding protein calmodulin (CaM) and activates a calcium-dependent serine-threonine phosphatase calcineurin(CaN) which inturn regulates a set of uncharacterized target proteins leading to the sex pheromone synthesis.However the role of Ca2+/CaM/CaN signal pathway,especially the function of CaN, in PBAN mediated sex pheromone synthesis, still remains unelusidated.In this proposed study, the roles of CaN in sex pheromone synthesis, especially CaN-regulated genes and proteins will be studied using RNAi,immunoprecipitation,inhibitor analysis and GC/MS methods in Helicoverpa armigera. The outcome ofthis study will provide a foundation for deciphering the molecular mechanism of sex pheromone synthesis,understanding the growth and development, and controling insect pests.

性信息素合成激活肽（Pheromone Biosynthesis Activating Neuropeptide，PBAN）调控性信息素的合成和释放。PBAN以Ca2+为第二信使进行信号转导，Ca2+与钙调蛋白（Calmodulin, CaM）联合作用激活钙调磷酸酶（Calcineurin，CaN），CaN通过去磷酸化作用激活下游靶蛋白进而调控性信息素的合成。目前对PBAN信号转导的中枢环节Ca2+/CaM / CaN信号通路，特别是CaN的作用机制的研究还未见报道。本项目以重要农业害虫棉铃虫为材料，拟采用RNAi、免疫沉淀、酶抑制剂分析、GC/MS等生化和分子生物学手段，就CaN的分子特性、对性信息素合成的影响及其调控的下游靶标分子进行深入研究。该研究不仅对阐明性信息素合成的分子机制、理解昆虫的生长发育具有重要的科学意义，而且还可为发现害虫防治新靶标，开辟害虫调控新领域提供科学依据。

性信息素是昆虫释放到体外用来吸引异性、有效快捷地寻找配偶、实现种群繁衍的关键因子之一。性信息素的合成和释放主要靠一类神经肽—性信息素合成激活肽（Pheromone Biosynthesis Activating Neuropeptide，PBAN）来精细调控。目前对PBAN信号转导的中枢环节Ca2+/钙调素/钙调磷酸酶（Calcineurin，CaN）信号通路，特别是CaN的作用机制的研究还未见报道。本项目以棉铃虫为研究模式，研究了CaN在性信息素生物合成中的作用。主要结果如下：1）CaN催化亚基A在性信息素腺体表达量具有时间依赖性，与雌蛾性信息素释放高峰相一致。利用酶抑制剂抑制CaN的活性导致性信息素生物合成量显著下降，进一步利用RNAi的方法降低CaNA表达水平也导致性信息素生物合成量显著下降。说明CaN在雌蛾性信息素释放过程中起着重要作用。2）利用磷酸化蛋白质组学鉴定了钙调磷酸酶调控的下游信号网络。蛋白蛋白互做网络分析揭示：钙调磷酸酶调控了脂肪酸合成过程及cAMP 信号过程。利用免疫共沉淀的方法鉴定了CaN与乙酰辅酶A羧化酶（Acetyl-CoA carboxylase, ACC）的互做，结果发现钙调磷酸酶能够与ACC互做。进一步的研究证实：PBAN通过CaN的去磷酸化作用调控了ACC的活性（调控的活性位点是ser92）进而调控了性信息素的生物合成。3)抑制剂及RNAi实验证实PKA信号参与了性信息素的生物合成；磷酸化蛋白质组学鉴定了PKA调控了一系列磷酸化蛋白。蛋白互作揭示AMPK能够与ACC互作。进一步实验证实cAMP/PKA信号通过抑制AMPK的活性从而保证了CaN对ACC的活性，确保性信息素合成的正常进行。该研究阐明了以棉铃虫为模式的蛾类性信息素是如何合成和释放的。对阐明性信息素生物合成的分子机制、理解昆虫的生长发育具有重要的科学意义。

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