康樂院士PLOS發表miRNA重要成果

　　近期，來自山西大學、中科院動物研究所和中科院北京生命科學研究院的研究人員，在國際著名遺傳學期刊《PLOS Genetics》在線刊登了題為“miR-71 and miR-263 Jointly Regulate Target Genes Chitin synthase and Chitinase to Control Locust Molting”的研究成果。這項研究的結果表明，在蝗蟲中，兩個miRNA可能在CHS1和CHT10介導的蛻皮過程調控中，發揮重要作用。中科院動物研究所的康樂院士和山西大學的張建珍博士，是本文的共同通訊作者。

　　蛻皮是昆蟲生長和發育的一個關鍵過程。幾丁質（Chitin），作為表皮的角質層的一個重要組成部分，在維持形態和蛻皮過程中起著關鍵性的作用。由于幾丁質在植物和脊椎動物中是不存在的，昆蟲的生長和發育嚴格依賴于幾丁質的生物合成和降解，因此，幾丁質代謝是開發安全有效的殺蟲劑的一個有吸引力的靶標。

　　飛蝗Locusta migratoria是一種世界性的害蟲，在其生命周期經過五個蛻皮階段。幾丁質介導的蛻皮過程被認為取決于兩個關鍵基因——幾丁質合成酶（CHS）和幾 丁質酶（CHT），它們都是由蛻皮激素20 -hydroxyecdysone（20E）和保幼激素調節的。在昆蟲中，幾丁質合成酶是幾丁質合成的關鍵調節酶，并且是殺蟲劑的一個特定靶標。

　　從飛蝗克隆的LmCHS1基因，在蛻皮期在表皮中是特異表達的。LmCHS1基因敲除可增 加非蛻皮和異常蛻皮若蟲的數量。然而，另一個旁系同源基因LmCHS2有助于圍食膜基質相關的幾丁質生物合成。此外，幾丁質酶是幾丁質糖苷鍵降解所需的水 解酶。在所有的發展階段，TcCHT10可防止幼蟲蛻皮，并在蛻皮過程中起著至關重要的作用；其他旁系同源基因，CHT5和CHT7，僅在成蟲中防止蛻皮 和翅膀正常折疊。CHS1和CHT10在蝗蟲中的一個有趣特點是，在每一個若蟲階段結束時（蛻皮前）轉錄水平突然增加和減少，表明這兩個關鍵酶在蛻皮過程 中有可能是被精確調節的。然而，酶依賴性的幾丁質代謝和蛻皮過程，其背后的分子調控機制，仍不明確。

　　microRNA（miRNA）是小的非編碼調控RNAs，已成為多個生物過程中基因表達的關鍵轉錄后調節因子，因為它們可以通過與靶基因的 3’UTRs進行較低的互補堿基配對，而直接引起翻譯抑制或mRNA的的降解。然而，最近的研究表明，在動物或昆蟲中，miRNAs可廣泛地靶定mRNA 的的蛋白編碼區。許多研究表明，miRNAs嚴重影響昆蟲的蛻皮，從而導致蛻皮缺陷表型。例如，mir-8-5p和mir-2a-3p可負向調節幾丁質生 物合成途徑中的膜結合海藻糖酶和乙酰葡糖胺磷酸變位酶，從而在半翅目昆蟲褐飛虱中造成顯著減少的存活率，連同蛻皮缺陷表型。

　　幾個不同的miRNA在昆蟲變形的調控中發揮作用。Mir-2的缺失可上調kr-h1 mRNA，從而導致受損的變形。此外，在果蠅中，let-7和miR-125突變體可誘導特定變形過程的時間錯誤調節。在飛蝗中，該研究小組曾報道，抑制 Dicer-1——催化miRNA生物合成最后一步的酶，可誘導蛻皮的缺陷。結果表明，miRNAs對于調節蝗蟲的蛻皮過程，起著至關重要的作用。然而， 在蛻皮過程中miRNA如何影響轉錄后修飾，根本機制仍然尚未完全闡明。

　　在許多昆蟲中，CHS1和CHT10是平衡幾丁質代謝的至關重要的蛻皮依賴酶，所以，該研究小組選擇了CHT10和CHS1作為候選基因。他們推 測，miRNA可能在CHS1和CHT10介導的蛻皮過程調控中，發揮重要作用。在這項研究中，他們進行了小RNA轉錄組測序，來鑒定蝗蟲體壁中表達的 miRNAs。研究人員發現，體壁表達的mir-71和mir-263，直接靶定兩個關鍵基因CHS1和CHT10，并在蛻皮過程中調節著幾丁質的生產， 從而導致飛蝗的成功蛻皮。這些研究結果揭示了一種分子機制，miRNA通過這種機制，對于平衡CHT10和CHS1依賴性的幾丁質代謝調控，發揮重要的作 用。