华南农业大学IBMB速递:转录因子Trachealess调控茄二十八星瓢虫蜕皮的新机制

题目：Trachealess, a bHLH-PAS transcription factor, is an upstream regulator of 20-hydroxyecdysone signaling essential for molting in Henosepilachna vigintioctopunctata

期刊：Insect Biochemistry and Molecular Biology

影响因子及中科院分区：3.7/一区TOP

发表日期：2026年1月10日

DOI：10.1016/j.ibmb.2026.104493

第一作者：刘俊娜 

通讯作者：潘慧鹏

通讯单位：华南农业大学

类固醇激素20-羟基蜕皮酮 (20E) 是昆虫蜕皮的核心调节因子，但控制该途径的上游转录因子仍有待深入表征。本研究调查了bHLH-PAS转录因子Trachealess (HvTrh) 在茄二十八星瓢虫 (Henosepilachna vigintioctopunctata) 中的作用。HvTrh 在幼虫发育过程中广泛表达，并在蛹期达到峰值。通过RNAi介导的 HvTrh 沉默导致所有幼虫龄期出现严重的蜕皮缺陷和高死亡率。这与20E滴度的显著降低以及20E途径关键基因的表达受阻有关。外源20E无法挽救由此产生的蜕皮缺陷，表明组织敏感性受到了干扰。组织学分析证实，敲降 HvTrh 损害了壳多糖沉积和新表皮的重塑。在下调基因中，HvE75 的抑制最为强烈。机制研究表明，HvTrh 通过结合特定的中枢神经系统中线元件 (CME) 直接激活 HvE75 启动子。本研究确立了 HvTrh 作为昆虫蜕皮的关键上游调节因子，并提出其至少部分通过直接转录控制 HvE75 来治理20E信号级联反应的模型。

（一）HvTrh的序列特征与时空表达模式

HvTrh 具有典型的bHLH-PAS结构域，且在鞘翅目昆虫中高度保守。表达分析显示，HvTrh 在蛹期的表达量最高，且在幼虫中肠中的表达显著高于表皮、脂肪体和马氏管。

（二）沉默HvTrh导致致命的蜕皮缺陷

实验通过对1-4龄幼虫注射dsRNA干扰 HvTrh 的表达。结果显示：

高致死率：1-4龄幼虫的死亡率分别高达 70%、70%、100% 和 90% 。

表型特征：1龄幼虫发育停止并死亡；2龄和3龄幼虫表现为蜕皮启动但无法脱去旧表皮，常出现刺分叉倒伏和体节粘连现象；4龄幼虫则无法完成化蛹过程 。

呼吸系统正常：尽管 Trh 在胚胎期负责气管发育，但幼虫期敲降 HvTrh 后，其气管形态和螺旋丝结构保持正常，说明其致死并非由呼吸受阻引起。

图 1. 沉默 HvTrh 对不同幼虫龄期的影响。(A–M)：1至4龄幼虫注射 dsHvTrh 后产生的表型变化。(N–Q)：1至4龄幼虫的存活率曲线 。

（三）HvTrh通过20E信号通路调控蜕皮

基因下调：沉默 HvTrh 后，20E合成基因 (Hvshd, Hvphm, Hvsad) 和信号基因 (HvEcR, HvUSP, HvE75) 显著下调，而 HvHR3 表达上调。

滴度下降：4龄幼虫血淋巴中的20E滴度明显降低。

不可挽救性：外源补充20E无法挽救 HvTrh 沉默导致的死亡或蜕皮失败，表明组织对20E信号的解读能力受损。

图 3. 沉默 HvTrh 对 20E 通路的影响。(A)：20E 相关基因的表达水平。基因缩写说明：shd (shade)、phm (Phantom)、sad (shadow)、EcR (蜕皮激素受体)、USP (Ultraspiracle)、E75 (蜕皮激素诱导蛋白 75)、HR3 (激素受体 3)。(B)：4龄幼虫体内的 20E 滴度。(C)：外源补充 20E 后的 RNAi 效率（Rescue实验结果）。

（四）HvTrh对表皮重塑的影响

组织学观察发现，控制组幼虫经历了正常的表皮离层和新表皮沉积，而 HvTrh 敲降组完全未能脱去旧表皮，且新表皮合成失败。此外，壳多糖合成酶基因 HvCHS1 显著下调，且壳多糖沉积大幅减少。

图 4. 沉默 HvTrh 对4龄幼虫蜕皮的影响。(A)：壳多糖合成酶 1 (HvCHS1) 的表达水平。(B–C)：dsGFP 处理组（对照组）与 dsHvTrh 处理组4龄幼虫腹部表皮的 HE 染色观察。蓝色箭头表示新形成的表皮，EC 代表表皮细胞。(D–E)：dsGFP 处理组与 dsHvTrh 处理组表皮的荧光增白剂 28 (FB28) 染色结果，用于观察壳多糖沉积。

（四）分子机制：HvTrh直接激活HvE75

通过双荧光素酶报告基因实验 (DLR) 和凝胶迁移实验 (EMSA) 证实：

HvTrh 能显著增强 HvE75 的启动子活性 。

HvTrh 蛋白通过结合 HvE75 启动子区域的一个特定 CME (ACGTG) 基序来实现转录激活作用。

图 5. HvE75 启动子中 CME 位点的功能分析。(A)：克隆的 2000-bp HvE75 启动子示意图，标示了两个推测的中枢神经系统中线元件 (CME) 位点（红色框）。(B)：使用包含野生型 (HvE75-WT) 或突变型 (HvE75-MT) 的短启动子片段（约 200 bp）进行双荧光素酶报告基因 (DLR) 检测。HEK293T 细胞共转染野生型或突变型构建体，以及 HvTrh 表达质粒 (pcDNA3.1-HvTrh) 或空载体对照 (pcDNA3.1-Basic)，并以 pRL-TK 质粒作为内参照。(C)：电泳迁移实验 (EMSA) 显示 HvTrh 蛋白与 HvE75 探针的结合。实验条件包括：生物素标记的 HvE75-WT 和突变型 (HvE75-MT) 探针与重组 HvTrh 蛋白孵育；竞争实验中使用递增浓度（10倍、50倍、100倍摩尔过量）的未标记 HvE75-WT 探针。

本研究揭示了bHLH-PAS转录因子 Trachealess (HvTrh) 在茄二十八星瓢虫蜕皮过程中的关键非典型功能。研究建立了一个作用模型：HvTrh 位于20E信号通路的上游，通过直接结合并激活早期响应基因 HvE75 的转录，维持正常的20E水平及组织对激素的敏感性，进而确保壳多糖合成和表皮重塑的顺利进行。当 HvTrh 受到抑制时，会引发一系列级联反应导致蜕皮程序彻底崩溃 。该发现不仅扩展了对 Trh 蛋白功能的认知，也为基于RNAi技术的精准害虫防控提供了新的潜在靶标。