の高い20-ヒドロキシエクジソン抵抗性に寄与するエクジステロイドエステル化経路に関与する遺伝子の同定と特徴付け

Identification and Characterization of Genes Involved in Ecdysteroid Esterification Pathway Contributing to the High 20-Hydroxyecdysone Resistance of .

• Hengtong Duan
• Xin Yang
• Zhanyao Bu
• Xinyue Li
• Ze Zhang
• Wei Sun

抄録

昆虫の発生に最も重要な調節因子である20-ヒドロキシエッチジソン（20E）は、植物に含まれる植物性エッチジステロイドの主要成分でもある。したがって、この植物由来のホルモンは、害虫管理に使用するための潜在的な天然物と考えられている。しかし、一部の昆虫はこれに対して高い抵抗性を示しており、その分子機構は未だ不明である。本研究では、綿毛虫の幼虫が、最大50μgの20Eを含む人工食品に対して、生育・発育に悪影響を及ぼすことなく高い耐性を示すことを見出した。高速液体クロマトグラフィー分析から、摂取した20Eをエクシステロイドのエステル化経路を介して高効率で変換することが、この耐性に寄与している可能性が示唆された。さらに、20E処理後の幼虫の中腸の比較トランスクリプトーム解析から、この経路に関与する2つの遺伝子（長鎖脂肪酸-CoAリガーゼ、Long-FACL；ステロールO-アシルトランスフェラーゼ、SATF）が同定された。トランスクリプトームとリアルタイムPCRにより、Long-FACL遺伝子は20Eによって有意に誘導され得ることが示され、この誘導は中腸でのみ検出される。しかし、20EはSATF遺伝子のトランスクリプトームには影響を与えない。さらに、SATF遺伝子の異種発現タンパク質は、Long-FACLが産生する脂肪アシル-CoAを必要とするエクシステロイド-22-O-アシルトランスフェラーゼ活性を示した。以上のことから、本研究の成果は、20Eに対する高い抵抗性をもたらすエキシステロイドエステル化経路に関与する遺伝子を同定し、実証するものである。

20-Hydroxyecdysone (20E), the most important regulator for insect development, is also a major component in phytoecdysteroids in plants. Therefore, this plant-derived hormone is considered as a potential natural product for use in pest management. However, some insects show high resistance to it, and the molecular mechanism of their resistance is still unclear. In this study, we find that the cotton bollworm larvae show high tolerance to artificial foods containing up to 50 μg 20E without any detrimental effects on growth and development. High performance liquid chromatography analysis indicates that high efficiency to transform the ingested 20E through an ecdysteroid esterification pathway may contribute to the resistance. Furthermore, comparative transcriptome analysis of the larvae's midgut after 20E treatment identifies two genes (long-chain-fatty-acid-CoA ligase, Long-FACL; sterol O-acyltransferase, SATF) involved in the pathway. Transcriptome and real-time PCR show the Long-FACL gene can be significantly induced by 20E, and this induction is only detected in the midgut. However, 20E has no effect on the transcript of the SATF gene. Moreover, the heterologously expressed protein of the SATF gene shows the ecdysteroid-22-O-acyltransferase activity that requires fatty acyl-CoA, which is produced by Long-FACL. Taken together, our results identify and demonstrate the genes involved in the ecdysteroid esterification pathway conferring high resistance to 20E in the cotton bollworm, .

Copyright © 2020 Duan, Yang, Bu, Li, Zhang and Sun.