microRNA（miR-1ab-8）通过靶向昼夜节律基因cycle并影响蜕皮激素信号通路，来调节Ostrinia furnacalis幼虫的滞育状态

《Journal of Insect Physiology》：MicroRNA miR-iab-8 modulates the diapause of Ostrinia furnacalis larvae by targeting the circadian clock gene cycle and affecting the ecdysone signaling pathway

本研究发现亚洲玉米螟中miR-iab-8通过靶向Circadian clock基因Cyc调控蛰伏与变态发育，其激动剂可终止蛰伏并导致畸形成蛹，而拮抗剂则诱导非蛰伏个体进入蛰伏，并协同20E激素实现表型 rescue。通过体内外实验验证了miR-iab-8-Cyc-20E轴在蛰伏调控中的关键作用。

　　昆虫的滞育现象是其在不利季节条件下的一种关键发育调整策略。滞育指的是昆虫在特定环境压力下进入的一种休眠状态，这种状态有助于它们在恶劣环境中生存并延迟发育进程。滞育与变态发育是昆虫生命周期中的两个重要过程，它们在分子层面由复杂的信号通路相互调控，包括幼虫激素、蜕皮激素（20-羟基蜕皮酮，20E）、胰岛素、昼夜节律基因以及微小RNA（miRNA）等。尽管这些信号通路之间的相互作用已被广泛研究，但miRNA及其调控的昼夜节律基因在滞育和变态过程中的具体作用，尤其是在亚洲玉米螟（*Ostrinia furnacalis*）这一重要农业害虫中，仍然缺乏深入理解。

在本研究中，科学家们首次发现miR-iab-8这一miRNA在亚洲玉米螟中作用于*Cyc*基因的3'非翻译区（3′UTR）。通过双荧光素酶报告基因实验，确认了miR-iab-8在体外能够抑制*Cyc*基因的表达。进一步的体内实验表明，当miR-iab-8的激动剂（agomir）被注射到滞育幼虫体内时，不仅显著抑制了*Cyc*的表达，还导致了脂质总量的减少、滞育终止以及发育出畸形蛹的现象。相反，当miR-iab-8的拮抗剂（antagomir）被注射到非滞育个体中时，却诱导了滞育的发生，增加了幼虫的脂质含量，并提高了*Cyc*的表达水平。这一发现揭示了miR-iab-8在调控滞育和变态过程中扮演的重要角色。

此外，研究还发现外源性20E的添加能够显著提升miR-iab-8的表达，同时降低*Cyc*的表达，从而有效逆转因miR-iab-8拮抗剂诱导的滞育表型。这一结果进一步表明，miR-iab-8与20E之间的相互作用在调控滞育过程中具有关键意义。科学家们推测，miR-iab-8可能通过调控*Cyc*基因的表达，进而影响20E信号通路的活性，从而在滞育和变态过程中发挥核心作用。

在昆虫中，*Cyc*基因是昼夜节律调控网络中的重要组成部分，其编码的Cycle蛋白与Clock蛋白形成异源二聚体，能够结合E-box元件，激活下游*Period*和*Timeless*基因的转录。Cycle蛋白在多个昆虫物种中均被发现具有广泛的调控功能，例如在*Culex pipiens*中，Cycle蛋白被证实能够结合许多下游基因的启动子区域，从而调控其转录表达。这一特性使Cycle蛋白成为调控昆虫昼夜节律的重要因子，同时也影响其生殖活动。在* Bombyx mori*中，Cycle基因的上调导致γ-氨基丁酸（GABA）的合成增加，从而抑制滞育激素（DH）的释放，降低其滞育诱导效果。这些研究表明，Cycle基因在昆虫的滞育和生殖过程中具有重要作用，但其与内分泌信号通路之间的具体分子机制仍需进一步研究。

miRNA作为一类内源性非编码RNA，通过调控基因表达在昆虫发育过程中发挥着至关重要的作用。它们通常通过结合目标mRNA的3′UTR区域，实现对基因表达的后转录水平调控。例如，在* Drosophila melanogaster*中，miR-276a-3p通过靶向胰岛素样受体（InR）参与蜕皮激素诱导的生长抑制过程。在* Helicoverpa armigera*中，miR-277通过结合* Dopa decarboxylase*（DDC）基因的3′UTR区域，调控幼虫到蛹以及蛹到成虫的变态过程。这些研究表明，miRNA在昆虫发育和变态过程中具有广泛而重要的调控功能。然而，关于miR-iab-8在昆虫滞育中的具体作用机制，目前尚不清楚。

在本研究中，科学家们通过多种实验方法验证了miR-iab-8与*Cyc*基因之间的直接调控关系。他们利用miRanda、TargetScan和RNAhybrid三种靶向预测工具，识别出*Cyc*基因3′UTR区域中的潜在结合位点。随后，通过双荧光素酶报告基因实验，确认了miR-iab-8在体外对*Cyc*基因的抑制作用。此外，他们还通过miR-iab-8激动剂和拮抗剂的体内注射实验，进一步验证了miR-iab-8对*Cyc*基因表达的调控能力。这些实验结果表明，miR-iab-8不仅能够抑制*Cyc*基因的表达，还可能通过影响*Cyc*基因的活性，进而调控昆虫的滞育和变态行为。

亚洲玉米螟是中国北方地区重要的农业害虫，尤其对玉米作物造成严重威胁。其五龄幼虫在冬季需要经历滞育过程，以适应低温和短日照（SD）环境。而在高温和长日照（LD）条件下，幼虫可以继续进行生殖发育。这一现象表明，环境条件对昆虫的滞育和变态具有显著影响，而miRNA可能在这一过程中起到关键的调控作用。此前的研究已经鉴定出亚洲玉米螟幼虫中存在583种miRNA，并推测这些miRNA可能通过调控蜕皮激素的合成及相关基因的表达，影响昆虫的发育和滞育过程。本研究在这一基础上，进一步揭示了miR-iab-8通过靶向*Cyc*基因调控滞育和变态的分子机制。

*Cyc*基因在昆虫的昼夜节律调控中具有核心地位，其表达水平的变化可能影响昆虫对环境信号的响应能力。例如，在* Riptortus pedestris*中，* period*基因的缺失会破坏胰岛素样生长因子1（ILP1）的抑制作用，导致雌性个体在短日照条件下仍能进行生殖发育。而在* Bombyx mori*中，* Cryptochrome1*突变体表现出第五龄幼虫脑部前胸腺激素合成的减少，进而导致血淋巴中20E水平的降低、JH合成的增加以及幼虫发育周期的延长。这些研究进一步支持了昼夜节律系统在昆虫生殖和滞育过程中的重要作用，尤其是在调控内分泌信号通路方面。

在本研究中，科学家们发现miR-iab-8通过调控*Cyc*基因的表达，影响了昆虫的滞育和变态行为。这一发现不仅拓展了我们对miRNA在昆虫发育调控中的理解，也为研究昆虫滞育的分子机制提供了新的视角。miR-iab-8的表达变化可能与昆虫对环境条件的感知和响应密切相关，例如温度和光照周期的变化。通过调控*Cyc*基因的表达，miR-iab-8可能影响昆虫的昼夜节律信号传递，从而改变其发育路径。

研究还表明，miR-iab-8在昆虫的脂质代谢中具有重要作用。在*Drosophila melanogaster*中，miR-iab-8的过表达会导致幼虫发育延迟和蛹化障碍，而这些现象与脂质代谢失衡密切相关。因此，miR-iab-8可能通过影响脂质代谢过程，间接调控昆虫的滞育和变态行为。这一发现为理解miRNA在昆虫代谢调控中的作用提供了新的线索，同时也揭示了miRNA与内分泌信号通路之间的复杂互动。

在实际应用方面，本研究的结果可能为害虫防治提供新的思路。通过调控miR-iab-8的表达，可能能够影响昆虫的滞育行为，从而改变其生命周期和繁殖能力。例如，如果能够通过人工手段增强miR-iab-8的活性，可能会诱导滞育的提前终止，减少害虫的繁殖机会。反之，如果能够抑制miR-iab-8的活性，可能会促使昆虫进入滞育状态，从而降低其对农作物的危害。此外，研究还表明，外源性20E的添加能够逆转miR-iab-8拮抗剂诱导的滞育表型，这提示我们可以通过调控20E的水平来干预昆虫的滞育过程。

本研究不仅揭示了miR-iab-8在调控昆虫滞育和变态过程中的重要作用，还为理解miRNA与昼夜节律基因之间的相互作用提供了新的证据。通过结合多种实验方法，科学家们成功验证了miR-iab-8与*Cyc*基因之间的直接调控关系，并进一步探讨了其在昆虫发育中的潜在机制。这些发现有助于我们更全面地认识昆虫滞育的分子基础，同时也为开发新的害虫控制策略提供了理论依据。

总的来说，本研究通过系统分析miR-iab-8与*Cyc*基因之间的相互作用，揭示了miRNA在昆虫滞育和变态过程中的关键调控作用。这些发现不仅深化了我们对昆虫发育调控机制的理解，也为未来的研究提供了新的方向。通过进一步研究miR-iab-8与其他信号通路之间的相互作用，可能会揭示更多关于昆虫如何感知和响应环境信号的分子机制。此外，探索miRNA在其他昆虫物种中的作用，也有助于我们更全面地了解昆虫滞育的普遍规律及其在不同环境条件下的适应性。