研究背景、存在的科学问题及研究意义在昆虫发育过程中,蜕皮激素（20E）和保幼激素（JH）协同调控昆虫的蜕皮和变态。JH在幼虫期滴度较高,促进幼虫进取食和组织的生长发育。20E在蜕皮及变态期滴度较高,促使蜕皮和变态的发生。变态期的昆虫体内幼虫组织逐渐凋亡和成虫组织逐渐形成。在形成成虫后,幼虫中肠完全降解消失,其中包含一系列的信号转导途径,是当前昆虫领域研究的热点。20信号途径在促进幼虫组织凋亡中起着关键作用。20E通过非基因组途径和基因组途径诱导细胞凋亡也已经比较确定。蛋白激酶C（PKC）属于丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶超家族的一员,能够促使多种蛋白质在丝氨酸或苏氨酸位点发生磷酸化,参与细胞的多种代谢活动。在昆虫20E诱导的基因转录过程中,PKC同样起着关键作用。由PKC所介导的超气门蛋白（USP）,细胞周期依赖的蛋白激酶10（CDK10）的磷酸化决定了 20E诱导的基因表达以及昆虫变态的发生。而在生物体内存在多种类型的PKC,具体是哪种PKC参与20E途径诱导细胞凋亡并没有明确的报道。Ca²⁺作为胞内第二信使与细胞凋亡密切相关,高浓度Ca²⁺通过激活蛋白激酶C（PKC）以及下游的Caspase-3促使线粒体中细胞色素C的释放最终导致细胞凋亡。在昆虫变态发育过程中,20E通过非基因组途径快速提高胞内Ca²⁺浓度,包括内钙的释放和外钙的内流。虽然目前已经有研究证明20E以钙池操纵Ca²⁺内流（SOCE）的方式增加胞内Ca²⁺浓度,但是具体的作用机理并不十分清楚。基质作用分子1（STIM1）作为Ca²⁺感受器参与SOCE,在变态期响应20E信号以及下游效应的机制还不清楚。本论文通过研究PKC以及STIM1在20E促使细胞凋亡信号途径中的功能,进一步明确及完善昆虫蜕皮激素的非基因组信号途径及其与基因组信号途径之间的相互关系。阐明20E促进昆虫变态发育中程序性细胞死亡的机制。研究结果及结论在棉铃虫变态时期的部分组织中,20E通过活化EcRB1/USP1核转录复合体来上调表达PKCδ。在幼虫期通过RNA干扰降低PKC δ的表达后抑制了幼虫组织的程序性细胞死亡,同时抑制了细胞凋亡相关基因的表达,因此抑制了棉铃虫幼虫到蛹期的转变。PKCδ在第1343位的苏氨酸上会发生磷酸化,该磷酸化位点对PKCδ发挥促凋亡功能是必需的。此外,在表皮细胞系上过表达PKCδ的催化结构域后定位在细胞核中并诱导Caspase-3的活化,促使细胞凋亡。EcRB1的磷酸化对于异源二聚体EcRB1/USP1复合体的形成以及该复合体与蜕皮激素应答元件EcRE的结合都具有决定性的作用。20E通过上调表达PKCδ诱导EcRB1 Ser468的磷酸化进而形成EcRB1/USP1核转录复合体,促使凋亡相关基因的转录并导致细胞凋亡,促进昆虫变态发育。在变态发育时期,20E通过G蛋白偶联受体（ErGPCR-1和ErGPCR-2）以及核转录因子（EcRB1和USP1）促使STIM1上调表达。20E促进EcRB1与EcRE（ecdysone response element）结合以调节STIM1转录。STIM1位于变态期幼虫的中肠,可能参与幼虫中肠的凋亡。在幼虫中降低STIM1的表达后导致幼虫化蛹延迟,抑制中肠的程序性细胞死亡,以及抑制了应答20E基因和凋亡相关基因的表达。20E诱导STIM1发生聚集并迁移到内质网-质膜结合处通过SOCE介导Ca²⁺内流。STIM1在棉铃虫组织中以磷酸化形式存在。20E经由GPCR,PLC,IP3和PKC介导的信号传导途径促使STIM1 Ser485发生磷酸化。STIM1的磷酸化促进了 STIM1的聚集以及SOCE。阐明了 STIM1应答20E信号促使Ca²⁺内流引起细胞凋亡的分子机制。科学意义阐明了 20E上调PKCδ的表达,促进EcRB1磷酸化,从而促进EcRB1/USP转录复合体形成,促进20E途径基因表达及细胞凋亡,完成变态发育,深化了对20E基因组信号途径的了解。阐明了 20E通过GPCR介导的非基因组途径诱导STIM1磷酸化并发生聚集,通过SOCE促进胞内Ca²⁺的增加,从而促进细胞凋亡,丰富了20E非基因组途径诱导钙离子内流的知识。全文深化和巩固了蜕皮激素通过膜受体和核受体共同调控昆虫的变态发育的基本模型。为害虫防治提供了新的靶标基因。