小RNA通路调控甘蓝茎跳甲夏季滞育的分子机制及其在害虫防控中的潜在应用

本研究针对甘蓝茎跳甲(Psylliodes chrysocephala)夏季滞育(aestivation)的分子调控机制这一科学问题，通过整合small RNA测序、RNA干扰、蛋白质组学和降解组测序等多组学技术，首次揭示了microRNA(miRNA)通路通过调控代谢相关基因表达，在昆虫滞育表型形成中的核心作用。研究发现约25%的miRNA在滞育期差异表达，通过RNAi抑制miRNA通路关键基因Dicer-1/Drosha可显著影响116个蛋白质表达水平，进而破坏滞育特征如代谢抑制、耐热性等。该成果为理解气候变化下昆虫生理适应机制提供了新视角，并为开发基于RNAi的害虫防控策略奠定理论基础。

　　

在气候变化加剧的背景下，昆虫如何适应极端环境成为生态学和农业领域的重要科学问题。甘蓝茎跳甲(Psylliodes chrysocephala)作为欧洲油菜主要害虫，其独特的夏季滞育(aestivation)现象引起了研究者浓厚兴趣。这种"夏眠"状态使昆虫能在高温干旱条件下存活，表现为代谢率降低、活动停止等特征。尽管已知滞育涉及大规模基因表达变化，但其背后的精细调控机制仍不清楚。microRNA(miRNA)作为重要的转录后调控因子，在多种生物过程中发挥关键作用，但其在昆虫滞育中的功能尚未系统研究。

为揭示这一科学问题，Gozde Guney等研究团队在《Communications Biology》发表研究，采用多学科交叉方法系统探索了miRNA通路在甘蓝茎跳甲滞育调控中的作用。研究首先通过small RNA测序比较滞育期与非滞育期miRNA表达谱；利用特异性靶向Dicer-1和Drosha的嵌合dsRNA进行RNA干扰，结合定量蛋白质组学分析miRNA抑制后的蛋白表达变化；采用降解组测序验证miRNA介导的靶标mRNA降解；最后通过生理指标测定评估miRNA通路抑制对滞育表型的影响。研究样本来自实验室饲养的甘蓝茎跳甲成虫群体，按发育阶段分为滞育前期(羽化后5天)、滞育期(15-40天)和滞育后期(>40天)。

小RNA测序揭示滞育期特异的miRNA表达谱

通过de novo预测在甘蓝茎跳甲成虫中鉴定出105个成熟miRNA，其中69个与赤拟谷盗(Tribolium castaneum)同源。比较分析显示，滞育期与滞育前期相比有25个miRNA差异表达(8个上调，17个下调)；与滞育后期相比有28个差异表达(13个上调，15个下调)。特别值得注意的是，位于16号染色体上相距24.7 kb的两个miRNA前体(同源tca-miR-34-5p和tca-miR-277-3p)在滞育期表达均显著上调，提示可能存在协同调控机制。

抑制miRNA通路导致蛋白表达广泛失调

研究设计靶向Dicer-1和Drosha的嵌合dsRNA(dsDcr1/Dro)成功抑制了miRNA通路，使miRNA占总small RNA比例降低31.9%。蛋白质组分析发现，抑制miRNA通路导致116个蛋白质表达上调，22个下调。GO富集显示这些蛋白质主要参与碳水化合物和脂质代谢、过氧化物酶体活性等通路。值得注意的是，72个(62%)上调蛋白在正常滞育过程中本就表达下调，表明miRNA主要参与滞育相关基因的抑制性调控。

miRNA调控模式的多样性

整合转录组和蛋白质组数据发现，71%的miRNA调控蛋白(82个)在mRNA水平也出现下调，提示主要通过mRNA降解实现调控；而29%(34个)仅蛋白水平变化，可能涉及翻译抑制。降解组测序证实了6个靶标mRNA(如保幼激素酯酶样蛋白和细胞色素P450 4g15)的miRNA介导降解，降解峰多位于3'UTR区，符合动物中典型的脱腺苷化降解模式。以保幼激素酯酶样基因为例，miRNA OV651819.1_26724在滞育中期表达上调，其靶标mRNA和蛋白水平在滞育期均下调，而抑制miRNA通路可逆转这种下调。

miRNA通路对滞育表型的关键调控

生理实验显示，抑制miRNA通路显著影响滞育特征：代谢指标上，30日龄成虫ATP含量增加8.3倍，CO₂产生量在滞育初期(10-15天)显著升高；体成分上，蛋白质和葡萄糖含量增加而甘油三酯(TAG)储备减少；行为方面，喂食活动和运动能力提前恢复；环境适应性上，在28°C/50%RH条件下的存活率显著降低。这些结果表明miRNA通过协调代谢抑制、能量储备重构和行为抑制等多方面调控滞育表型。

该研究首次系统阐明了miRNA通路在昆虫滞育中的核心调控作用，揭示了约25%的miRNA参与塑造滞育特征的多维表型。从应用角度看，针对miRNA通路开发干扰策略可能成为打破害虫滞育周期的新防控思路。从理论价值看，研究建立的"抑制miRNA通路+多组学分析"框架为探索非模式生物的miRNA功能提供了方法学范例。特别值得注意的是，同源miR-277在异色瓢虫(Coccinella septempunctata)滞育中也上调表达，提示某些miRNA的滞育调控功能可能在昆虫中保守存在。未来研究可进一步探索滞育miRNA的时空表达动态及其与已知滞育调控网络(如FoxO通路)的交互作用。