角质蛋白通过产生诱饵环状RNA调控蜘蛛螨抗逆性进化的分子机制

研究人员针对蜘蛛螨(Tetranychus cinnabarinus)对拟除虫菊酯类农药产生靶标抗性后出现的多重抗逆性现象，发现角质蛋白CPR25通过产生circCPR25作为诱饵吸附miR-34~317簇，解除其对CPR25的抑制，促进角质层增厚，从而介导对多种杀螨剂的渗透抗性和高温干旱适应能力。该研究揭示了节肢动物抗逆性进化中circRNA调控的新机制，为害虫抗药性治理提供新靶点。

　　

在全球气候变化和农药过度使用的背景下，农业害虫对化学药剂的抗性进化已成为威胁粮食安全的重大挑战。其中，红叶螨(Tetranychus cinnabarinus)作为典型的R策略害虫，以其广泛的寄主范围(超过1100种植物)和快速抗药性进化能力著称。尤为棘手的是，这类节肢动物在产生靶标抗性(如钠离子通道F1538I kdr突变)的同时，常伴随角质层增厚等表型变化，导致对多种作用机制不同的农药产生交叉抗性。这种非特异性的渗透抗性使得传统轮换用药策略失效，但其中分子机制长期不明。

针对这一科学难题，中国的研究团队以高抗甲氰菊酯的YN-FeR品系为模型，通过多组学联用和分子生物学技术，首次揭示了角质蛋白通过自调控环路促进抗逆性进化的新颖机制。研究发现抗性品系雌螨角质层总厚度增加1.8倍，对吡螨胺、联苯肼酯等杀螨剂产生10.9-25.4倍交叉抗性。透射电镜显示其表皮脊和原表皮分别增厚1.7倍和1.9倍，而直接注射给药则消除抗性差异，证实渗透抗性的存在。通过RNA-seq筛选到18.6倍高表达的角质蛋白基因CPR25，RNAi沉默后抗性表型显著逆转。

研究创新性发现CPR25基因在转录时通过反向剪接产生"子代"环状RNA——circCPR25。这个circRNA在细胞质中作为"分子诱饵"，竞争性吸附原本靶向CPR25 mRNA的miR-34~317簇(包含保守的miR-34和miR-317)。双荧光素酶报告系统证实该miRNA簇通过结合CPR25编码区抑制其表达，而circCPR25过表达可解除这种抑制。RNA pulldown和荧光原位杂交(FISH)直观显示circCPR25与miRNA簇在表皮细胞共定位。当通过siRNA特异性沉默circCPR25(靶向其反向剪接位点)后，miR-34~317表达回升，CPR25蛋白水平下降78.3%，角质层厚度减少1.9倍，杀螨剂渗透率显著提高。

该研究在技术上整合了抗性品系构建、透射电镜超微结构观察、高通量测序(RNA-seq/small RNA-seq/circRNA-seq)、RNA干扰、蛋白质印迹(Western blot)、亚细胞定位、双荧光素酶报告系统和生物信息学预测等多学科方法。特别值得注意的是，研究者建立了适用于螨类的circRNA功能研究体系，包括反向剪接位点特异性siRNA设计、RNase R消化验证环状结构，以及基于生物素-链霉亲和素系统的体内RNA相互作用检测技术。

关键研究结果可归纳为：

1. 角质层增厚介导YN-FeR品系多重抗性：通过残留瓶法和喷雾法生物测定，发现抗性品系对吡螨胺等产生10.9-25.4倍交叉抗性，而注射给药无差异；透射电镜显示总角质层增厚1.8倍，农药渗透实验证实其保留更多药物在体表。

2. CPR25是角质增厚的关键效应因子：从44个鉴定出的角质蛋白中筛选到CPR25表达上调18.6倍，其沉默使角质层厚度减少1.4-2.1倍，高温低湿(34°C，40%RH)下存活率下降。

3. miR-34~317簇负调控CPR25表达：抗性品系中该miRNA簇显著下调，体外实验显示其通过结合CPR25 CDS区抑制荧光素酶活性(下降60%)，体内过表达使CPR25蛋白减少39.1-60%。

4. circCPR25作为诱饵分子竞争吸附miRNA：RNase R耐受实验证实其环状结构，其在抗性品系表达上调16倍；RNA pulldown显示其特异性富集miR-34/317，双荧光素酶系统证明其可解除miRNA对CPR25的抑制。

5. circCPR25调控环路的功能验证：特异性沉默circCPR25使miR-34~317回升，CPR25表达下降78.3%，角质层厚度减少1.9倍，杀螨剂敏感性恢复20.6-39.2%。

这项发表于《SCIENCE ADVANCES》的研究首次阐明了一种节肢动物特有的抗逆性进化机制：角质蛋白基因通过产生circRNA作为自身表达的"分子诱饵"，形成正反馈调控环路。这不仅解释了蜘蛛螨在农药选择压力下快速获得多重抗性的分子基础，也为理解非编码RNA在生物适应性进化中的调控作用提供了新视角。从应用角度看，针对CPR25-circCPR25-miRNA轴的设计干扰策略，可能成为克服节肢动物渗透抗性的新途径。研究还提示，在气候变化背景下，角质层增厚可能是害虫同时应对化学防治和高温干旱的双重适应策略，这对制定可持续害虫治理方案具有重要指导意义。