Juvenile hormone signaling promotes ovulation and maintains egg shape by inducing expression of extracellular matrix genes
Wei Luo, Suning Liu, Wenqiang Zhang, Liu Yang, Jianhua Huang, Shutang Zhou, Qili Feng, Subba Reddy Palli, Jian Wang, Siegfried Roth, and Sheng Li
华南师范大学生命科学学院、昆虫科学与技术研究所教授李胜团队揭示了保幼激素（Juvenile hormone, JH）信号促进排卵和维持卵形状的分子机制，丰富了激素调控生殖的理论基础。相关研究9月21日在线发表于美国《国家科学院院刊》。
李胜团队长期从事昆虫发育的激素调控机制研究，取得一系列原创性和开拓性的研究成果，引领该研究方向的发展。该团队前期研究发现，遗传切除JH合成器官咽侧体或者JH合成通路关键酶基因Jhamt突变体等JH合成能力严重下降的雌性果蝇生殖力下降，卵巢变小。
本研究发现，JH受体Met和Gce的单独突变体Met27 和Gce2.5K等JH信号下降的雌性果蝇生殖能力也减弱；但令人惊讶的是，该表型是由大量的成熟卵堆积不能排出体内造成，伴随着卵巢变大和腹部膨大；而且所产的卵变短。这些缺陷表型暗示JH信号以一种先前未知的机制来调控卵巢发育。
为了证明卵巢上的具体JH信号，研究人员利用卵巢肌肉细胞和滤泡细胞特异性表达的Gal4品系，驱动标记蛋白GFP表达，再与JH信号指示品系JHRR-LacZ遗传重组。通过细胞共定位检测，确定JHRR-LacZ信号特异表达在卵巢肌肉细胞，说明JH信号在卵巢肌肉细胞中激活。用三种不同的肌肉特异性表达Gal4品系抑制肌肉中JH信号，果蝇都显示生殖力显著性降低，卵巢变大，肌肉结构损坏、收缩力不足，体内未排出的成熟卵增加，腹部膨大，卵形状变短等缺陷表型，和Met27 与Gce2.5K果蝇的表型非常相似。
进一步研究发现，JH信号驱动肌肉细胞外基质（Extracellular Matrix, ECM）基因Laminin的表达，影响果蝇卵巢肌肉的功能发挥。和JH信号缺失一致，Laminin在肌肉中的降低会造成卵巢肌肉结构异常、肌肉收缩减弱、生殖能力降低、卵子堆积、卵巢增大、腹部膨胀、卵形状变短等表型。而JH信号在脂肪体中影响ECM基因Collagen IV的表达和分泌，从而远距离影响其在卵巢肌肉组织ECM的正确组装来调控果蝇排卵。JH信号确保ECM为卵巢提供肌肉收缩力，从而促进排卵和维持卵的形状，JH信号这种新颖和重要的机制加深了人们对激素调控生殖的理解。
来源：中国科学报 朱汉斌
Abstract
It is well documented that the juvenile hormone (JH) can function as a gonadotropic hormone that stimulates vitellogenesis by activating the production and uptake of vitellogenin in insects. Here, we describe a phenotype associated with mutations in the Drosophila JH receptor genes, Met and Gce: the accumulation of mature eggs with reduced egg length in the ovary. JH signaling is mainly activated in ovarian muscle cells and induces laminin gene expression in these cells. Meanwhile, JH signaling induces collagen IV gene expression in the adult fat body, from which collagen IV is secreted and deposited onto the ovarian muscles. Laminin locally and collagen IV remotely contribute to the assembly of ovarian muscle extracellular matrix (ECM); moreover, the ECM components are indispensable for ovarian muscle contraction. Furthermore, ovarian muscle contraction externally generates a mechanical force to promote ovulation and maintain egg shape. This work reveals an important mechanism for JH-regulated insect reproduction.
