miRNA通过保幼激素合成调控飞蝗卵黄生成的分子机制

miRNA and juvenile hormone (JH) play fundamental roles in reproduction of female insect, however the interactions between miRNA and JH remains elusive. Our previously research indicates JH synthetase gene Jhamt is regulated by miR-276 in locust vitellogenesis, but the mechanisms of miR-276 and other miRNA regulating JH synthesis need to be elucidated. Based on our previous research, this project is thus aimed to: (1) validate miRNA which regulate critical genes Hmgr, Jhamt and Cyp15a1 in JH synthesis and identify target genes of corpus allatum specific miRNA; (2) demonstrate functions of miRNA in regulating JH synthesis through miRNA overexpression and depletion in vivo; (3) reveal the molecular mechanisms of miRNA in regulating vitellogenesis through JH synthesis. The results will provide new insights in the co-regulation of miRNA and JH during female insect reproduction.

miRNA和保幼激素（JH）都在雌性昆虫生殖中发挥重要作用，但对miRNA与JH的交互作用缺乏了解。我们初步的研究结果表明，飞蝗卵黄生成阶段miR-276作用于JH合成酶基因Jhamt，但其中的分子机制有待深入解析，其它调控JH合成的miRNA也有待挖掘和研究。本项目拟在前期研究基础上：（1）鉴定调控JH合成关键基因Hmgr、Jhamt和Cyp15a1的miRNA，筛选咽侧体特异表达miRNA的靶基因；（2）通过功能的获得性和缺失性研究，解析miRNA在JH合成中的功能；（3）阐明候选miRNA通过调控JH合成参与卵黄生成的分子机制。研究结果对揭示miRNA和JH协同调节昆虫生殖的分子机制具有重要意义。

飞蝗（Locusta migratoria）是我国乃至世界范围内重要的农业害虫，具有易群聚、善迁飞和产卵量大等特点，其中产卵量大是其暴发成灾的重要遗传基础之一。昆虫通过卵黄生成（vitellogenesis）过程积累的卵黄（vitellogenin），是其大量产卵的物质基础。飞蝗的卵黄生成主要受保幼激素（juvenile hormone，JH）调控。miRNA在昆虫的发育中具有重要的作用，现有的研究揭示了miRNA在20E合成及其信号通路，以及JH信号通路中的作用，但对于JH合成过程中是否存在miRNA介导的转录后调控并不清楚，也缺乏相应的研究报道。本项目立项的主要研究内容是明确飞蝗JH合成的关键环节和筛选调控JH生物合成的miRNA，揭示其在JH合成中的作用和分子机制。按照研究内容和方案，我们首先获得了雌性飞蝗成虫多组织转录组，鉴定了咽侧体中特异表达的基因和miRNA，厘清了飞蝗JH合成途径的关键环节。筛选咽侧体特异（高）表达的酶基因Hmgr和转录因子Sugarbabe，咽侧体特异表达的miR-182013作为候选，开展了进一步的研究。我们发现，缺少Hmgr的飞蝗无法正常存活; Sugarbabe能够响应JH和糖的诱导，促进飞蝗卵黄生成；miR-182013是飞蝗种属特异的miRNA，在咽侧体中特异表达，能够正调控Jhamt的表达，从而促进JH的合成。研究结果揭示了咽侧体和JH合成途径关键基因在飞蝗发育中的重要作用，阐明了miRNA通过正调控JH合成途径的限速酶基因Jhamt继而促进JH合成的分子机制。受本项目的资助，已经取得国家发明专利1项；发表SCI论文4篇，投稿论文1篇，正在整理、撰写论文1篇；培养硕士研究生3名。项目负责人在项目执行期内晋升副教授，新增国家自然科学基金面上项目1项，获得河南省自然科学基金优秀青年基金的资助。