王加偉，彭　露，鄒明民,楊一帆，汪　蕾，尤民生

(福建農(nóng)林大學應用生態(tài)研究所， 閩臺特色作物病蟲生態(tài)防控協(xié)同創(chuàng)新中心，農(nóng)業(yè)部閩臺作物有害生物綜合治理重點實驗室，福州350002)

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昆蟲卵黃原蛋白受體(VgRs)及其主要功能綜述

王加偉*，彭露*，鄒明民,楊一帆，汪蕾，尤民生**

(福建農(nóng)林大學應用生態(tài)研究所， 閩臺特色作物病蟲生態(tài)防控協(xié)同創(chuàng)新中心，農(nóng)業(yè)部閩臺作物有害生物綜合治理重點實驗室，福州350002)

卵黃原蛋白受體(VgRs)屬于低密度脂蛋白受體家族成員，具有該家族典型的保守結構域，包括配體結合域，表皮生長因子前體同源域，跨膜域，O-聯(lián)糖功能域，以及胞質(zhì)尾域。昆蟲VgRs通常具有卵巢特異性，是卵黃原蛋白Vg的專一性胞吞作用受體，可介導Vg進入昆蟲卵母細胞，而后沉淀積累形成昆蟲生殖必須的卵黃蛋白YP。VgRs介導的胞吞作用是一個動態(tài)循環(huán)過程，它是卵黃發(fā)生的基礎，對昆蟲卵母細胞發(fā)育起著至關重要的作用。近年來的研究表明，VgRs不僅與卵巢激活、卵黃發(fā)生與卵子形成密切相關，而且在昆蟲信息交流、社會分化、行為構建以及免疫調(diào)控等中也起到了至關重要的作用，已成為潛在的害蟲控制新靶標。本文首次對昆蟲VgRs基因的序列信息，分子結構，系統(tǒng)進化，表達模式以及調(diào)控功能等方面進行了綜述，旨在為了解VgRs基因的研究進展及前景提供參考，對進一步改進害蟲生態(tài)控制的策略和措施也具有指導意義。

昆蟲；卵黃原蛋白受體；表達模式；生殖調(diào)控；功能

眾所周知，昆蟲是動物界中種類最多、數(shù)量最大、分布范圍最廣的類群，除了擁有個體小、食性廣、生命周期短、適應進化快等特點外，更為主要的是其強大的生殖能力和特殊的生殖適應性(雷朝亮和榮秀蘭,2003)。昆蟲作為一種卵生動物，其胚胎發(fā)育主要依靠發(fā)育中的卵母細胞積累充足的卵黃蛋白(yolk protein, YP)等物質(zhì)作為生命必須的營養(yǎng)物質(zhì)(氨基酸、蛋白質(zhì)、脂類、磷酸鹽、碳水化合物、離子和維生素等)，該過程也被稱為卵黃發(fā)生(vitellogenesis)，是昆蟲生殖調(diào)控的核心(Amdametal.,2010; 戈林泉和吳進才,2010)。迄今為止，卵黃原蛋白(vitellogenin,Vg)是所有昆蟲中最為豐富的一類YP前體，主要在激素的調(diào)控下由雌性昆蟲脂肪體細胞合成，并釋放到血淋巴，通過受體作用被卵母細胞攝取，最終通過剪切、修飾、加工后以晶體形式沉淀為YP(Matozzoetal., 2008; Tufail and Takeda,2008,2009)。

卵黃蛋白原受體(vitellogenin receptors,VgRs)具有卵巢特異性，是Vg的專一性胞吞作用受體(Tufail and Takeda,2009)，與卵生動物，尤其是昆蟲的生殖過程密切相關。在VgR介導的Vg胞吞作用過程中，VgR與Vg結合形成的受體—配體復合物引發(fā)細胞質(zhì)膜局部內(nèi)化(internalization)，隨后在網(wǎng)格蛋白(clathrin)的作用下形成被膜小窩(coated pit)(Brown and Goldstein,1986)，包裹著Vg的被膜小窩逐步深陷，直至脫離質(zhì)膜形成被膜小泡(coated vesicle)，最后轉運至卵母細胞內(nèi)，進入細胞內(nèi)的被膜小泡脫離包被，Vg/VgR復合體在核內(nèi)酸化作用下解離，Vg被胞內(nèi)體包裹后沉淀形成YP，VgR重新回到卵母細胞表面，再次介導Vg轉運(Thomas and Alexander,1998; Tufail and Takeda,2008)?？梢钥闯?，VgR介導的胞吞作用是一個動態(tài)循環(huán)過程，且具有專一特異性，既保證了卵母細胞對Vg的高效攝取，又可避免吸入過多的細胞外溶液。

VgR是卵黃發(fā)生的基礎，對昆蟲卵巢的成熟起著至關重要的作用，也是研究控制害蟲的潛在靶標(Linetal.,2013)。開展VgR的研究對深入了解昆蟲的生殖生理機制、挖掘有效控制害蟲的新方法具有重要意義。近年來，昆蟲VgRs的研究逐步成為探討昆蟲生殖調(diào)控機制的熱點，從Ferenz(1993)在飛蝗卵母細胞中純化、鑒定出第一個VgR蛋白以來，迄今為止，已有包括鱗翅目、蜚蠊目、雙翅目、膜翅目、半翅目、鞘翅目，以及虱目在內(nèi)的30種昆蟲的VgRs序列被克隆、測序或預測。為了進一步促進昆蟲VgR基因的研究，拓展該領域研究的廣度與深度，本文首次全面的對昆蟲VgR基因的序列信息、分子結構、系統(tǒng)進化、表達模式以及生殖調(diào)控功能等方面進行了綜述，旨在為了解VgR基因的研究進展及前景提供參考，對進一步改進害蟲生態(tài)控制的策略和措施也具有指導意義。

1　昆蟲卵黃原蛋白受體基因的克隆

隨著分子生物學技術與基因組學數(shù)據(jù)的不斷豐富與發(fā)展，目前對于昆蟲VgR基因的克隆主要采用3種方式：第一種為genome walking，即分步法獲得基因全長。首先根據(jù)已有的基因組或轉錄組信息，篩選獲得VgR基因的預測序列，通過分段設計引物，逐段擴增基因全長，最后將獲得的各段序列進行整合與拼接。值得注意的是，在進行分段引物設計時，必須包含至少50 bp的重合序列，這樣進行拼接時才能保證獲得序列的完整性。第二種為常規(guī)的RACE (Rapid-Amplification of cDNA Ends)擴增方法，此方法大多應用在目標物種的基因組或轉錄組信息還未發(fā)布，但序列已知的基因克隆，即直接將前人報道和上傳的基因序列作為自己克隆的依據(jù)。首先設計通用引物獲得中間片段，然后根據(jù)中間片段分別設計針對5’RACE的下游引物與3’RACE的上游引物，分別獲得5端與3端序列，最后將三段序列進行拼接即可獲得全長。例如，紅火蟻Solenopsisinvicta(Chenetal., 2004)、美洲大蠊Periplanetaamericana(Tufail and Takeda,2005)、馬德拉蜚蠊Rhyparobiamaderae(Tufail and Takeda,2007)、斜紋夜蛾Spodopteralitura(Shuetal.,2011)、柞蠶Antheraeapernyi(Liuetal., 2011)、柳蠶Actiasselene(Xuetal., 2012)、家蠶Bombyxmori(Linetal., 2013)、煙粉虱Bemisiatabaci(郭建洋等, 2010)、褐飛虱Nilaparvatalugens(Luetal., 2015)和桔小實蠅Bactroceradorsalis(Congetal.,2015; Linetal.,2015)，均采用此法。值得注意的是這種方法對cDNA的質(zhì)量和引物的特異性要求很高。第三種為根據(jù)已知探針進行基因克隆，以物種VgR的cDNA 片段作為分子探針，篩選cDNA 文庫，從而獲得基因的cDNA 序列，此方法仍需要基因組信息的支持。雙翅目的埃及伊蚊AedesaegyptiVgR的基因克隆則采用此方法(Cho and Raikhel,2001)。

自Ferenz首次從飛蝗卵母細胞中純化、鑒定出第一個VgR蛋白以來(Ferenz,1993)，VgR基因的研究越來越成為熱點。目前NCBI中已收錄的昆蟲VgR信息共有385條，已報道的有30種昆蟲VgRs基因(表1)，其中已克隆驗證獲得全長序列的有15 種昆蟲，通過基因組和轉錄組信息預測的VgR序列有15種昆蟲。

續(xù)上表

類群Taxon基因編號GeneID核苷酸序列(bp)蛋白質(zhì)(kDa)參考文獻Reference歐洲大黃蜂*Bombusterrestris8081465725280198Woodardetal.,2011意大利蜜蜂*ApismelliferaGB408235124193Weinstocketal.,2006印度跳蟻*Harpegnathossaltator7497533685274196Bonasioetal.,2010云南小蜜蜂X1*ApisfloreaX18208382905262198Wangetal.,2014云南小蜜蜂X2*ApisfloreaX28208382925166195Wangetal.,2014半翅目Hemiptera褐飛虱Nilaparvatalugens2926069745796219Luetal.,2015煙粉虱Bemisiatabaci3044426905430201郭建洋等,2010豌豆蚜*Acyrthosiphonpisum6416577335472206Brisson&Richards,2010鞘翅目Coleoptera赤擬谷盜*Triboliumcastaneum6429306073921147Richardsetal.,2008虱目Anoplura體虱*Pediculushumanuscorporis2420044995442202Kirknessetal.,2010

注：*代表基因組預測獲得的VgR序列；基因編號中含前綴字母的來自物種基因組，其他來自NCBI。Note:The asterisk (*) indicates the predictedVgRsequences collecting from the insect genomes; Gene IDs,containing prefix letters are from species genome databases,others from NCBI.

2　昆蟲卵黃原蛋白受體的分子結構和特點

利用已經(jīng)獲得或預測的昆蟲VgR序列進行保守結構域分析(圖1)，結果顯示昆蟲VgRs屬于低密度脂蛋白受體(low density lipoprotein receptor, LDLR)家族(Sappington and Raikhel, 1998)。此外，該家族還包括脂蛋白受體(lipoprotein receptor, LpR)，超低密度脂蛋白受體(very LDLR,VLDLR)(Sakaietal., 1994)，LDLR相關蛋白(LDLR-related protein, LRP)(Herzetal., 1988)，以及megalin分子(Saitoetal., 1994)。昆蟲VgRs具有一些LDLR家族典型的保守結構域，如配體結合域(ligand-binding domain, LBD)，表皮生長因子前體同源域(epidermal growth factor precursor homology domain, EGFD)，跨膜域(transmembrane domain, TMD)，O-聯(lián)糖功能域(O-linked sugar domain, OLSD)，以及胞質(zhì)尾域(cytoplasmic domain, CPD)。同一物種不同的LDLR家族成員以及不同物種同一家族成員之間，LBD與EGFD的數(shù)量并不相同，可以此作為區(qū)分亞家族的標準之一，例如VLDLRs(Takahashietal., 1992; Sakaietal., 1994)，脊椎動物VgRs(Bujoetal., 1994; Okabayashietal., 1996)、線蟲VgRs(Grant and Hirsh,1999)、以及昆蟲LpRs僅含有單個LBD與EGFD結構域，而人類與雞的LRPs以及magalin分子則含有兩個以上的LBD與EGFD結構域，由于昆蟲VgRs特異地含有兩個LBD和EGFD結構域，因此被劃分為一個獨立的LDLR亞家族(Tufail and Takeda,2005, 2007)。

配體結合域(LBD)是一段由40個氨基酸左右組成的介導配體和受體相互作用的功能域，含有A型重復序列，每個重復序列包含能夠結合鈣離子的保守性酸性殘基區(qū)域和6個以二硫鍵結合的半胱氨酸殘基(Yamamotoetal.,1984 )。昆蟲LBD N-末端的A型重復區(qū)域用來結合Vg蛋白分子。昆蟲VgR的兩個LBD配體結合域中分別含有4-5個或7-8個重復基序。

表皮生長因子前體同源域(EGFD)通常位于LBD之后，約40個氨基酸，其中包含B型重復序列與β螺旋域，B型重復序列仍然由6個以二硫鍵結合的半胱氨酸殘基組成，但其綁定模式不同于LBD (Tufail and Takeda,2009)。昆蟲VgRs具有2個 EGF同源域，由7個位置相對固定的B型重復序列構成，其中4個位于第一個同源域，3個位于第二個同源域(Tufail and Takeda,2005,2007,2009)。而β螺旋域約由260個氨基酸組成，其中含有6個YWTD重復基序，昆蟲VgRs具有3個YWTD基序群集(Jeonetal., 2001)。EGF結構域突變的VgRs雖然可以結合配體蛋白，但不能在酸性條件下發(fā)生解離，對家蠶Bombyxmori胚胎具有明顯的致死效應(Linetal., 2013)。

O-聯(lián)糖功能域(OLSD)位于質(zhì)膜表面，由30個左右的氨基酸組成，富含蘇氨酸和絲氨酸殘基。大部分昆蟲VgRs均含有OLSD，但也有例外，已有的序列預測顯示，果蠅、北美大黃蜂、印度跳蟻、豌豆蚜、紅火蟻，帝王斑蝶和棉鈴蟲均不含OLSD(Luetal., 2015)。目前OLSD的功能仍不明確。

跨膜域(TMD)是位于O-聯(lián)糖功能域的羧基末端的一段短序列，由約24個氨基酸組成，在調(diào)節(jié)受體功能，以及質(zhì)膜與胞吞小泡之間的循環(huán)通路中具有重要作用，功能類似膜錨(Herz and Bock,2002)。昆蟲VgRs大多只有一個TMD，位于C末端，但也有例外，序列預測顯示，埃及伊蚊、地中海實蠅、佛羅里達弓背蟻、豌豆蚜、煙粉虱、體虱VgRs等均具有兩個TMD，另一個位于N端。TMD大部分為疏水性氨基酸，比如丙氨酸、甘氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸和纈氨酸等(Tufail and Takeda,2009)。

胞質(zhì)尾域(CPD)是細胞內(nèi)的一段區(qū)域， 主要通過NPXY(冬酰胺-脯氨酸-X-酪氨酸)內(nèi)化信號(internalization signal)將受體定位到被膜小窩上，所有LDLR家族成員的胞質(zhì)尾區(qū)至少含有一個NPXY拷貝。NPXY序列呈緊密的發(fā)夾結構，主要作為一些連接蛋白與信號分子的結合位點。而大多數(shù)昆蟲VgRs胞質(zhì)尾區(qū)域的NPXY信號由特殊的LI(亮氨酸-異亮氨酸)內(nèi)吞信號代替，但也有例外，紅火蟻VgRs同時具有NPXY和LI信號(Chenetal.,2004)，蜚蠊目昆蟲同時具有NPTF及LI信號。除此之外，昆蟲VgRs的其他內(nèi)化信號還包括蟑螂中發(fā)現(xiàn)的NPFD基序，該基序與酵母NPFX(1,2)D基序結構類似，能夠直接有效的吸收Kex2p受體(Dunn and Hicke,2001; Howardetal., 2002)，蚊子中發(fā)現(xiàn)的Src同源體3(Src-homology 3,SH3)結合基序PXXP(Hjalmetal., 1996; Sun and Scoutar,1999)，以及果蠅VgR胞質(zhì)尾區(qū)存在的AKSAGQF基序，該基序與甘露糖6-磷酸鹽受體(mannose 6-phosphate receptor)基序AKGMEQF類似，能夠與LL和YXX? (其中X 表示任何氨基酸，?表示帶有疏水側鏈的氨基酸)一起發(fā)揮功能(Danzeretal., 1997)。昆蟲VgRs中內(nèi)化信號的多樣性，說明在受體介導胞吞作用過程中不同昆蟲可能會運用不同的信號。由此推斷昆蟲VgR的結構與蛋白修飾特征可能與其轉運過程和效應密切相關。

除了保守結構域分析外，本文還預測了昆蟲已有VgR序列的信號肽區(qū)域(http://www.cbs.dtu.dk/services/SignalP/)(圖1)，不同昆蟲均含有一條信號肽，位于肽鏈N端，多從第一個氨基酸序列開始，且長度在18-30 bp不等，主要用于引導VgR蛋白分子進入到卵母細胞膜表面，從而結合Vg。

3　昆蟲卵黃原蛋白受體的進化關系

對NCBI中收錄的和已發(fā)表的15個昆蟲基因組中獲得的29種昆蟲VgRs的氨基酸序列，應用MEGA軟件進行了系統(tǒng)進化樹分析(圖2)，結果顯示，昆蟲VgRs主要分為三大分支，其中鱗翅目昆蟲VgRs歸屬于第I支(下方區(qū)域)，雙翅目昆蟲VgRs歸屬于第II支(中間區(qū)域)，而大多數(shù)昆蟲VgRs則歸屬于第III支(上方區(qū)域)，第III支又可分為3個亞分支，在進化樹上自上而下為膜翅目，鞘翅目、蜚蠊目、虱目、半翅目蚜蟲與半翅目?？梢钥闯?，同屬的進化關系更為接近，E值均在50以上，說明VgR分子進化與物種的進化較一致。

圖1　不同昆蟲VgR典型特征結構域的比較

注：序列前字母為代表物種VgR，S為信號肽，LBD為A型富含半胱氨酸殘基的重復序列，EGF為B型富含半胱氨酸殘基的重復序列，O為O-聯(lián)糖結構域，T為跨膜域，C為胞質(zhì)尾區(qū)。Note:S, signal peptide;LBD, ligand-binding domain;EG, epidermal growth factor precursor homology domain;O, O-linked sugar domain;T, transmembrane domain;C, cytoplasmic domain.Sequences were retrieved from GenBank protein database and genomic database. These include the VgR ofDrosophilamelanogaster(DmVgR),Aedesaegypti(AaVgR),Solenopsisinvicta(SiVgR),Periplanetaamericana(PaVgR),Blattellagermanica(BgVgR),Rhyparobiamaderae(RmVgR),Antheraeapernyi(ApeVgR),Spodopteralitura(SlVgR),Actiasselene(AsVgR),Bemisiatabaci(BtaVgR),Bombyxmori(BmVgR),Nilaparvatalugens(NlVgR),Bactroceradorsalis(BdVgR)Helicoverpaarmigera(HaVgR),Bombusimpatiens(BiVgR),Camponotusfloridanus(CfVgR),Apisdorsata(AdVgR),Nasoniavitripennis(NvVgR),Megachilerotundata(MrVgR),Bombusterrestris(BteVgR),Apismellifera(AmVgR),Harpegnathossaltator(HsVgR),Apisflorea(AfVgR),Ceratitiscapitata(CcVgR),Anophelesgambiae(AgVgR),Acyrthosiphonpisum(ApiVgRs),Danausplexippus(DpVgR),Triboliumcastaneum(TcVgR),Pediculushumanuscorporis(PhcVgR).

圖2　昆蟲VgRs系統(tǒng)發(fā)育進化樹Fig.2　Phylogenetic tree of vitellogenin receptors(VgRs)in insects

4　昆蟲VgRs在不同齡期和組織的表達模式

大多數(shù)昆蟲VgRs的表達發(fā)生在初羽化成蟲之后，例如埃及伊蚊(Sappingtonetal., 1996)、美洲大蠊(Sappingtonetal., 1996)、馬德拉蜚蠊(Tufail and Takeda,2005)、斜紋夜蛾(Shuetal.,2011)、褐飛虱(Luetal., 2015)、煙粉虱(郭建洋, 2010; 程璐等,2013)、桔小實蠅(Linetal.,2015)等。但不同昆蟲種類其表達高峰有所差異，埃及伊蚊VgR的轉錄產(chǎn)物在成蟲羽化1 d內(nèi)急劇增加，吸血24 h后達到峰值(Sappingtonetal., 1996)。美洲大蠊VgR在羽化后1-2 d表達量最高，之后3-9 d逐漸下降，在13 d時已檢測不到VgR的表達，然而SDS-PAGE研究發(fā)現(xiàn)，VgR蛋白在羽化后5-7 d的積累量達到最高(Tufail and Takeda,2005)。馬德拉蜚蠊VgR的表達模式與美洲大蠊較為相似，其轉錄產(chǎn)物在羽化后第一天達到最高，之后慢慢降低；用SDS-PAGE分析發(fā)現(xiàn)成蟲羽化后1-2 d內(nèi)VgR蛋白的表達量較低，之后開始緩慢增加，直到6-9 d時達到峰值(Tufail and Takeda,2007)。這可能由于蛋白開始表達到積累至含量最高存在一定的延時性。斜紋夜蛾VgR的表達在羽化后36 h達到峰值，之后逐漸下降(Shuetal.,2011)。褐飛虱的VgR表達則較延遲，直至成蟲第6天達到最高值，之后逐漸下降(Luetal., 2015)。而煙粉虱VgR的表達則在成蟲第7天達到最高值(Chengetal.,2013)。以上差異可能與昆蟲生殖腺的發(fā)育速率以及產(chǎn)卵前期長短密切相關。除此之外，也有研究發(fā)現(xiàn)，VgR在雌性家蠶的整個發(fā)育周期均有表達，卵期至5齡幼蟲的第5天時，VgRs的表達水平較低，隨后逐漸升高，在成蟲期達到最大值(Linetal., 2013)，昆蟲VgRs可能識別多種配體和轉運其他脂蛋白，由于突變體“缺少Vn”，為了提供足夠的營養(yǎng)物質(zhì)使卵巢發(fā)育，VgR可能參與轉運了Vg和30 kDa的蛋白(Tufail and Takeda,2009)；并且紅火蟻的VgR也只在婚飛(mating flights)期交配后表達， 24 h達到峰值，之后逐漸下降，無翼紅火蟻VgR不表達，也沒有受精現(xiàn)象；紅火蟻中存在的婚飛現(xiàn)象是一種繁殖與傳播的策略，獲得足夠的營養(yǎng)物質(zhì)與發(fā)育出翅膀是紅火蟻成功婚飛的必備條件(Bryant and Alexander, 2011)。以上研究結果表明，VgR主要出現(xiàn)在交配與生殖前，旨在為昆蟲卵巢發(fā)育與卵子產(chǎn)生奠定基礎(Luetal.,2009)。另外，VgRs可能與一次成功的生殖相偶聯(lián)，只有在成功的生殖中，VgRs會大量表達，反之則不會，昆蟲會維持生殖與生存的平衡，當擁有能夠維持生存的能量后，才會進行生殖等一系列基因表達與活動。

大多數(shù)研究證實，昆蟲VgRs屬于卵巢特異性表達蛋白，例如，對斜紋夜蛾、家蠶、褐飛虱、紅火蟻不同組織的研究發(fā)現(xiàn)，僅在卵巢中檢測到VgRs的表達(Shuetal.,2011; Linetal., 2013; Luetal., 2009; Luetal., 2015)。然而現(xiàn)有研究證明，昆蟲VgRs的表達并不僅僅局限于卵巢中。桔小實蠅羽化后第4天，VgR則在脂肪體中開始表達，第6天達到最高值，之后開始下降，與卵巢VgR的表達相比較為延遲，但增加速率更快，其卵巢VgRs從雌蟲初羽化開始表達，1-3 d內(nèi)表達水平較低，隨后開始緩慢增加，直至10 d后達到峰值(Linetal.,2015)。Liu等(2011)與Qian等(2015)證實，柞蠶與野蠶的VgRs在成蟲期時僅在卵巢中表達，而在幼蟲期時則在脂肪體與卵巢中均有明顯表達。除此之外，對意大利蜜蜂的VgR研究發(fā)現(xiàn)，其不僅在卵巢中表達，在頭部、中腸及咽下腺也有微量表達(Guidugli-Lazzarinietal.,2008)。而對亞社會性昆蟲紅斑尼葬甲Nicrophorusvespilloides的研究發(fā)現(xiàn)，VgR在其頭部大量表達(Roy-Zokanetal.,2015)。VgRs的組織表達差異可能表明了昆蟲VgRs的功能多效性。

5　昆蟲卵黃原蛋白受體的功能多效性

昆蟲卵黃原蛋白Vg在卵子內(nèi)沉積是卵子發(fā)生與胚胎發(fā)育的關鍵，作為Vg的專一性受體，VgR保證了昆蟲在卵黃發(fā)生過程中獲得足夠的營養(yǎng)物質(zhì)，對昆蟲卵巢的成熟起著至關重要的作用(Linetal., 2013)。Ciudad等(2006)利用免疫熒光技術監(jiān)測了德國小蠊卵泡細胞發(fā)育過程中的VgR變化，研究發(fā)現(xiàn)，6齡幼蟲的卵泡細胞中便可檢測到微弱的VgR熒光信號，成蟲第3天時VgR熒光信號顯著加強，并且卵泡飽滿；然而，當沉默德國小蠊VgR后，脂肪體中的Vg積累增加，且卵母細胞發(fā)育停滯，這說明由于卵母細胞表面VgR減少，導致配體Vg蛋白無法轉運至卵母細胞內(nèi)，從而囤積在脂肪體中。Shu等(2011)研究證實，干擾斜紋夜蛾VgR后，其卵巢發(fā)育受到明顯抑制，分別下調(diào)了82.6%(24 h)、78.8%(48 h)、86.7%(72 h)，表現(xiàn)為卵巢干癟，卵黃蛋白含量極低，并且卵巢管數(shù)目明顯減少，產(chǎn)卵量顯著下降。褐飛虱VgRRNAi后其表達水平顯著下降(Luetal., 2015)。未交配的紅火蟻VgRRNAi 5 d時，其表達量顯著低于對照組，10 d后極顯著低于對照組，觀察其產(chǎn)卵行為發(fā)現(xiàn)干擾后的紅火蟻雖然也能產(chǎn)卵，但產(chǎn)卵量與孵化率極顯著低于對照組(Luetal.,2009)。綜上所述，VgRs在昆蟲的生殖中起著不可替代的作用，可能直接影響昆蟲卵母細胞的生理與形態(tài)發(fā)育、卵子和卵巢管的數(shù)量以及生殖力。

已有研究證實，昆蟲VgRs不僅在卵巢中表達，在脂肪體、甚至頭部、中腸、咽下腺都有表達，這說明VgRs不僅在昆蟲繁殖中起著至關重要的作用，也可能參與了其他生理與行為活動，尤其是在社會性昆蟲中。意大利蜜蜂VgR研究發(fā)現(xiàn)，工蜂卵巢產(chǎn)后0-6 h，VgR表達水平較高，由于其配體Vg功能的多樣性，作者推測VgR可能協(xié)同Vg蛋白參與了后代繁育，蜂王調(diào)控、工蜂免疫響應以及激素調(diào)控等，但具體的功能仍有待進一步證實(Guidugli-Lazzarinietal.,2008)。對亞社會性昆蟲紅斑尼葬甲的研究發(fā)現(xiàn)，VgR在其頭部大量表達，并且當紅棕尼葬甲的社會環(huán)境發(fā)生改變時，比如交配前有無進食，有無進行親代撫育(parental care)；或者從一種社會行為改變至另一種社會行為時，如從交配到親代撫育，VgR的表達水平會出現(xiàn)顯著性變化，由此證實VgR可能在維持紅斑尼葬甲生存以及進行正常行為活動中具有重要作用(Roy-Zokan,2015)。桔小實蠅VgR研究發(fā)現(xiàn)，其不僅在卵巢中表達，羽化后5-6 d雌蟲脂肪體VgR的mRNA表達水平顯著升高，可能行使一種自分泌的作用，吸收脂肪體分泌至血淋巴的Vg蛋白，從而保證脂肪體中Vg的貯存，這可能由于Vg不僅具有生殖調(diào)控作用(Congetal.,2015)，還可能與食物貯存(Guidugli-Lazzarinietal.,2008)、免疫響應(Singhetal.,2013)以及耐受性(Zhangetal.,2014)相關。

6　小結與展望

隨著新一代測序技術與生物信息學分析方法的快速發(fā)展，推動了昆蟲基因組的研究(彭露等,2015)，這不僅成功解決了許多受到廣泛關注的種群遺傳學和進化生態(tài)學的熱點問題，與此同時，人們對于重要農(nóng)業(yè)害蟲的適應性和致害性變異有了更新更全面的認識，為明確關鍵基因的功能以及尋找控制害蟲的新靶標提供了新的思路和研究方向(Heetal., 2012; Youetal., 2013; Xiaetal., 2013; Wangetal., 2014；彭露等,2015)。近年來，昆蟲卵黃原蛋白及其受體的研究已成為昆蟲生殖生理學領域研究的熱點。因此，VgRs基因的分子結構、系統(tǒng)進化、表達模式以及生殖調(diào)控功能等也越來越明確。

昆蟲VgRs 屬低密度脂蛋白LDLR家族，具有該家族典型的結構特征，如配體結合域、表皮生長因子前體同源域、跨膜域、O-聯(lián)糖功能域、胞質(zhì)尾域。但與其他LDLR家族成員相比也存在一定差異，如胞質(zhì)尾域獨特的內(nèi)化信號序列LI。除此之外，不同昆蟲同一保守結構域的拷貝數(shù)以及內(nèi)部的重復基序也可能具有差異，例如昆蟲VgRs的兩個配體結合域中分別含有4-5個或7-8個重復基序(圖1)；而已有的序列預測顯示，果蠅、熊峰、印度跳蟻、豌豆蚜、紅火蟻、帝王班蝶，以及棉鈴蟲均不含O-聯(lián)糖功能域(圖1，Luetal., 2015)；并且昆蟲VgRs大多只有一個跨膜域，除了埃及伊蚊、地中海實蠅、佛羅里達弓背蟻、豌豆蚜、煙粉虱、體虱VgRs等具有兩個跨膜域；其次，昆蟲VgRs中內(nèi)化信號的也具有明顯的多樣性，包括NPTF、NPFD PXXP、AKSAGQF等。然而，這些結構差異可能產(chǎn)生的VgRs功能多效性仍不清楚，是否與其轉運過程和效應密切相關？是否參與了與其對配體的識別等仍需進一步深入研究，前人推測，昆蟲VgRs還可識別與Vg結構相似的配體(Chenetal., 2004; Tufail and Takeda,2005; Ciudadetal., 2006; Tufail and Takeda,2007)，而果蠅VgR甚至可識別一些不相關的配體(Schonbaumetal., 1995)。也有許多研究證實，LDLR家族基因不僅可作為內(nèi)吞受體，還可執(zhí)行細胞信號轉導的功能(Herzetal., 2000)，而昆蟲VgRs胞質(zhì)尾域多樣性的內(nèi)化信號可能正好證實了其信號轉導的功能。因此，明確不同結構的昆蟲VgRs的功能多效性可為尋找害蟲防治的新靶標提供理論基礎。

大多數(shù)昆蟲VgRs的表達發(fā)生在初羽化成蟲之后，但不同昆蟲種類其表達高峰有所差異，這個可能與昆蟲生殖腺的發(fā)育速率以及產(chǎn)卵前期長短密切相關。除此之外，還有研究發(fā)現(xiàn)，昆蟲VgRs的齡期表達模式也有差異，雌性家蠶的整個發(fā)育周期均有VgR表達，在成蟲期達到最大值(Linetal., 2013)；而紅火蟻的VgR只在婚飛(mating flights)期交配后表達，婚飛結束后表達消失。同時，不同昆蟲VgRs的組織表達模式也有差異。大多認為昆蟲VgRs屬于卵巢特異性表達蛋白，如斜紋夜蛾、家蠶、褐飛虱、紅火蟻(Shuetal.,2011; Linetal., 2013; Luetal., 2009; Luetal., 2015)，但也有研究發(fā)現(xiàn)，桔小實蠅、柞蠶與野蠶的脂肪體也有表達，尤其是在幼蟲期；而一些社會性昆蟲的頭部、中腸及咽下腺均有VgR的表達。不同昆蟲VgR的不同表達模式可能在特定的齡期或組織中具有特定功能，但明確的相關性研究仍有待進一步深入，如VgR在幼蟲期脂肪體的表達是否與其能量與營養(yǎng)的獲得與積累有關，從而促進了幼蟲的生長發(fā)育。而VgR在社會性昆蟲頭部、中腸等的表達是否說明VgR可能參與了其種群的信息交流、社會分工、行為活動等。闡釋以上機制將有利于我們開展害蟲的生長發(fā)育與生殖調(diào)控、遺傳調(diào)控、行為調(diào)控等方面的技術研發(fā)，以尋求和創(chuàng)新害蟲生態(tài)治理和可持續(xù)控制的策略和手段。

卵黃原蛋白Vg是昆蟲卵黃發(fā)生的關鍵物質(zhì)，也是昆蟲生殖調(diào)控的基礎。隨著功能基因組研究的應用與發(fā)展，已發(fā)現(xiàn)Vg特別是社會性昆蟲的Vg具有功能多效性，包括卵巢激活、生殖競爭、社會分化、行為構建、延長壽命、食物利用等多種功能，而VgR作為Vg的專一性受體，是否也行使了多種功能仍不明確，目前，昆蟲VgRs的研究主要集中在生殖調(diào)控方面，且主要關注了其對昆蟲卵巢發(fā)育、卵子形成、以及生殖能力的影響，而VgR在社會性昆蟲中的研究雖然已涉及行為調(diào)控等，但相比Vg而言亟待進一步深入探討。我們相信，在功能基因組的飛速發(fā)展下，將大大提高人們對昆蟲VgRs功能機制的認識，并為害蟲治理提供新思路。

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A review of insect vitellogenin receptors (VgRs) and their fundamental functions

WANG Jia-Wei*， PENG Lu*，ZOU Ming-Min,YANG Yi-Fan,WANG Lei, YOU Min-Sheng**

(Institute of Applied Ecology,Fujian Agriculture and Forestry University, Fujian-Taiwan Joint Innovation Centre for Ecological Control of Crop Pests,Key Laboratory of Integrated Pest Management of Fujian and Taiwan, China Ministry of Agriculture,Fuzhou 350002,China)

Insect vitellogenin receptors (VgRs) belong to the low-density lipoprotein receptor (LDLR) gene superfamily,which share a group of five structural domains: ligand-binding domain (LBD),epidermal growth factor precursor homology domain (EGFD), transmembrane domain (TMD), O-linked sugar domain (OLSD),and cytoplasmic domain (CPD). The expression studies demonstrate that insect VgRs are usually ovary-bound receptors involved in mediating dynamic endocytosis of the major yolk protein precursors Vg. VgR is the basic substance for vitellogenesis,and dominates the oocyte development of insects. In addition,recent advances in this area have shown that insect VgRs are not only associated with the ovary activation, vitellogenesis,and oogenesis,but also play a critical role in information exchange,labor differentiation,behavior formation,and immune regulation,which has become a potential new target for pest control. This article presents an overview of the research progress in insectVgRs, including their genomic information, molecular structures, phylogenetic relationships,expression profiles and regulating functions. We believe that this review article addresses available literature, and provides potential prospects with the hope to improve the genetic strategies and tactics currently employed in ecologically-based pest management.

Insect; vitellogenin receptor; expression profiling; reproductive regulation; functions

國家自然科學基金(31320103922, 31230061, 31401744)

*共同第一作者， 王加偉，男，碩士生，主要從事昆蟲分子生物學方面的研究，E-mail: wangjiawei0908@sina.com；彭露，女，講師，主要從事昆蟲分子生物學與基因組學方面的研究，E-mail: penglu819@fafu.edu.cn

**

Author for correspondence，E-mail：msyou@iae.fjau.edu.cn

2016-03-31；接受日期Accepted：2016-05-18

Q963

A

1674-0858(2016)04-0801-12