microRNA对飞蝗几丁质合成酶的调控及其在几丁质合成中的作用研究

昆虫生长发育过程中的蜕皮现象依赖于体内几丁质的生物合成和降解的精确控制，目前，几丁质的合成途径已被认为是发展安全有效杀虫剂的靶标。MicroRNAs（miRNA）作为转录后基因表达的一个重要的调控因子，在调控生物体生长发育过程中有重要作用。几丁质合成酶在几丁质合成的最后一步起着关键作用，而靶向调控该酶的miRNA在几丁质合成中的作用还不清楚。针对这一科学问题，基于miRNA转录组平台（Wei et al., 2009）和本实验室飞蝗几丁质合成酶的前期研究结果，我们提出以重要农业害虫飞蝗为研究对象，1）确定靶向调控飞蝗两个几丁质合成酶潜在的miRNA；2）阐明miRNA在体内对飞蝗两个几丁质合成酶表达的影响，探讨miRNA在飞蝗几丁质合成中的作用机制；3）为筛选潜在的小分子药物作用靶标、设计更加有效环保型药物以调控飞蝗的生长发育，从而实现蝗虫有效控制提供科学依据。

非编码RNA对生物体生长发育具有广泛而复杂的基因表达调控作用。几丁质代谢酶的精确调控和表达对于维持昆虫正常蜕皮发育是必需的。然而非编码RNA在昆虫蜕皮发育中的作用机制尚不清楚。本项目以飞蝗为模式生物，研究miRNA介导的蜕皮发育分子机理。通过生物信息学软件对靶向调控几丁质代谢中的两个关键酶几丁质合成酶1（chitin synthetase1, CHS1）和几丁质酶10（chitinase10, CHT10）进行miRNA预测，并利用qPCR对飞蝗发育过程中进行miRNA和靶基因的定量，检测其表达趋势的相关性，获得潜在调控CHS1和CHT10的miRNA为miR-71和miR-263b。利用miRNA的原位杂交实验，发现miR-71和miR-263b在飞蝗表皮中表达，与蜕皮过程中CHS1和CHT10的表达呈负相关。通过体外荧光素酶实验和RNA免疫共沉淀实验分析了miR-71/miR-263b分别和CHS1/CHT10有直接相互作用。进一步的体内功能验证发现，飞蝗过表达miR-71/miR-263b能够抑制CHS1和CHT10的表达，并影响几丁质的合成，导致飞蝗蜕皮异常而死亡。与此相反，飞蝗抑制miR-71/miR-263b的表达能够增强CHS1和CHT10的表达，同样改变几丁质的合成并引起蜕皮异常而死亡。研究结果对揭示miRNA介导的昆虫蜕皮发育分子机理具有重要科学价值，同时为筛选飞蝗防治潜在的新靶标，设计有效的环保型药物抑制飞蝗蜕皮发育具有重要的应用价值。