保幼激素通过miRNA-2055调控棉铃虫脂合成机制的研究

Helicoverpa armigera is a polyphagous pest that feeds on various crops and causes serious economic losses on agriculture. Lipid plays critical roles in its development, and disturbing the lipid synthesis could delay the development of H. armigera. This can improve the control efficiency of H. armigera. Juvenile hormone (JH), which can modulate the lipid metabolism in insects, is an important growth regulator, while the mechanisms are still obscure. Here, our preliminary data shown that JH could induce the expression of miR-2055, which repressed the expression of fatty acid synthase (FAS) to reduce the lipid accumulation and delay the development of H. armigera. In this project, we plan to study the regulation model of JH to miR-2055 by knockdown the expression of JH receptors. In addition, we will employ the means of miRNA knockout and over-expression to explore the functions of miR-2055 on lipid anabolism. Furthermore, the function of miR-2055 will be verified by feeding H. armigera with transgenic Arabidopsis thaliana that over-expressed miR-2055. Base on the expected results, the mechanism of JH regulating the lipid anabolism via miR-2055 will be elucidated, which will provide novel targets for the control of H. armigera and new insights on the intensive comprehension of lipid metabolism in insects.

棉铃虫是一种多食性害虫，给农业上造成了巨大的经济损失。脂肪在棉铃虫的发育中具有重要的作用，干扰脂肪合成可以阻碍其发育，提高棉铃虫防治的效率。保幼激素是一种重要的生长调节剂，能够调控昆虫的脂代谢，但具体的分子机制仍有待研究。我们前期的研究发现，保幼激素可以诱导棉铃虫miR-2055的表达，而该miRNA可以通过抑制脂肪酸合成酶（FAS）的表达，减少棉铃虫体内脂肪的积累，延缓其发育。本项目将通过对保幼激素受体表达的干扰，研究保幼激素对miR-2055表达调控的模式；通过miR-2055的敲除和过表达等手段对其在棉铃虫脂肪合成中的功能进行深入研究；通过以过表达miR-2055的转基因拟南芥饲喂棉铃虫，进一步验证该miRNA的功能。该研究将阐明保幼激素通过miR-2055调控棉铃虫脂合成的分子机制，为棉铃虫的防治提供新的靶标，也为深入理解昆虫脂代谢的调控提供新的思路。

棉铃虫是一种危害巨大的世界性害虫。幼虫阶段脂肪的合成和积累对其发育至关重要，因此，解析棉铃虫脂肪合成的调控机制具有重要的意义。激素和micro RNA能够调控昆虫的脂代谢，但具体的分子机制仍有待研究。本研究通过高通量小RNA和转录组测序技术，并结合双荧光素酶报告基因系统和RNA干扰等技术，发现并证明了miR-2055可以结合到FAS的3’非编码区（3’UTR），有效降低FAS在mRNA和蛋白质水平的表达量，从而抑制棉铃虫脂肪体内游离脂肪酸的合成，造成幼虫脂肪合成不足，并进一步延缓幼虫的发育和变态进程。使用脂肪体体外培养技术，发现保幼激素能够诱导miR-2055的表达，抑制FAS的表达。在棉铃虫脂肪体细胞系中，使用RNA干扰技术，对保幼激素的受体Met及其下游效应转录因子Kr-h1进行干扰后，发现miR-2055的表达量显著降低，说明保幼激素能通过Met-Kr-h1信号通路调控miR-2055的表达。这一发现将保幼激素和miRNA这两个因素在昆虫代谢调控中的作用进行了有效的整合，为昆虫代谢调控的研究提供了新的思路。通过对幼虫进行miRNA激动剂注射，能够降低FAS的表达，减少幼虫FFA和TAG合成。此外，使用植物转基因技术，在拟南芥中过表达miR-2055，并用转基因拟南芥饲喂棉铃虫，发现其体内脂肪含量显著降低，FAS的表达量明显下调，这说明miR-2055可以作为潜在的棉铃虫防治靶标，为新型农药的开发提供了很好的参考。