康乐院士PLOS发表miRNA重要成果

　　近期，来自山西大学、中科院动物研究所和中科院北京生命科学研究院的研究人员，在国际著名遗传学期刊《PLOS Genetics》在线刊登了题为“miR-71 and miR-263 Jointly Regulate Target Genes Chitin synthase and Chitinase to Control Locust Molting”的研究成果。这项研究的结果表明，在蝗虫中，两个miRNA可能在CHS1和CHT10介导的蜕皮过程调控中，发挥重要作用。中科院动物研究所的康乐院士和山西大学的张建珍博士，是本文的共同通讯作者。

　　蜕皮是昆虫生长和发育的一个关键过程。几丁质（Chitin），作为表皮的角质层的一个重要组成部分，在维持形态和蜕皮过程中起着关键性的作用。由于几丁质在植物和脊椎动物中是不存在的，昆虫的生长和发育严格依赖于几丁质的生物合成和降解，因此，几丁质代谢是开发安全有效的杀虫剂的一个有吸引力的靶标。

　　飞蝗Locusta migratoria是一种世界性的害虫，在其生命周期经过五个蜕皮阶段。几丁质介导的蜕皮过程被认为取决于两个关键基因——几丁质合成酶（CHS）和几 丁质酶（CHT），它们都是由蜕皮激素20 -hydroxyecdysone（20E）和保幼激素调节的。在昆虫中，几丁质合成酶是几丁质合成的关键调节酶，并且是杀虫剂的一个特定靶标。

　　从飞蝗克隆的LmCHS1基因，在蜕皮期在表皮中是特异表达的。LmCHS1基因敲除可增 加非蜕皮和异常蜕皮若虫的数量。然而，另一个旁系同源基因LmCHS2有助于围食膜基质相关的几丁质生物合成。此外，几丁质酶是几丁质糖苷键降解所需的水 解酶。在所有的发展阶段，TcCHT10可防止幼虫蜕皮，并在蜕皮过程中起着至关重要的作用；其他旁系同源基因，CHT5和CHT7，仅在成虫中防止蜕皮 和翅膀正常折叠。CHS1和CHT10在蝗虫中的一个有趣特点是，在每一个若虫阶段结束时（蜕皮前）转录水平突然增加和减少，表明这两个关键酶在蜕皮过程 中有可能是被精确调节的。然而，酶依赖性的几丁质代谢和蜕皮过程，其背后的分子调控机制，仍不明确。

　　microRNA（miRNA）是小的非编码调控RNAs，已成为多个生物过程中基因表达的关键转录后调节因子，因为它们可以通过与靶基因的 3’UTRs进行较低的互补碱基配对，而直接引起翻译抑制或mRNA的的降解。然而，最近的研究表明，在动物或昆虫中，miRNAs可广泛地靶定mRNA 的的蛋白编码区。许多研究表明，miRNAs严重影响昆虫的蜕皮，从而导致蜕皮缺陷表型。例如，mir-8-5p和mir-2a-3p可负向调节几丁质生 物合成途径中的膜结合海藻糖酶和乙酰葡糖胺磷酸变位酶，从而在半翅目昆虫褐飞虱中造成显著减少的存活率，连同蜕皮缺陷表型。

　　几个不同的miRNA在昆虫变形的调控中发挥作用。Mir-2的缺失可上调kr-h1 mRNA，从而导致受损的变形。此外，在果蝇中，let-7和miR-125突变体可诱导特定变形过程的时间错误调节。在飞蝗中，该研究小组曾报道，抑制 Dicer-1——催化miRNA生物合成最后一步的酶，可诱导蜕皮的缺陷。结果表明，miRNAs对于调节蝗虫的蜕皮过程，起着至关重要的作用。然而， 在蜕皮过程中miRNA如何影响转录后修饰，根本机制仍然尚未完全阐明。

　　在许多昆虫中，CHS1和CHT10是平衡几丁质代谢的至关重要的蜕皮依赖酶，所以，该研究小组选择了CHT10和CHS1作为候选基因。他们推 测，miRNA可能在CHS1和CHT10介导的蜕皮过程调控中，发挥重要作用。在这项研究中，他们进行了小RNA转录组测序，来鉴定蝗虫体壁中表达的 miRNAs。研究人员发现，体壁表达的mir-71和mir-263，直接靶定两个关键基因CHS1和CHT10，并在蜕皮过程中调节着几丁质的生产， 从而导致飞蝗的成功蜕皮。这些研究结果揭示了一种分子机制，miRNA通过这种机制，对于平衡CHT10和CHS1依赖性的几丁质代谢调控，发挥重要的作 用。