10月5日，華中農業大學張宏宇教授園藝與城市昆蟲研究團隊在知名期刊PLoS Genetics在線發表題為“miR-275/305 cluster is essential for maintaining energy metabolic homeostasis by the insulin signaling pathway in Bactrocera dorsalis”的文章，首次在橘小實蠅中證實了microRNA（miR-275/305簇）參與能量代謝的穩態調控，研究成果對于理解營養調控昆蟲代謝生理具有重要的科學意義。   　　飲食營養作為重要的環境限制因子，對昆蟲生長發育及繁殖至關重要。在多數雙翅目昆蟲中，羽化后的成蟲必須攝入一定的蛋白質才能達到性成熟階段并繁殖后代。此外，生物體需要不斷地調整各組織器官間的代謝狀況以適應營養的波動，精確控制代謝穩態對細胞分化和組織完整性至關重要，代謝失調會導致嚴重的生理性疾病，如肥胖和胰島素抵抗。然而，昆蟲用來應對不同營養變化來調整自身代謝的分子機制，仍然知之甚少。   　　該研究首先明確了取食酵母對橘小實蠅成蟲代謝的影響（甘油三酯、糖原和總糖含量升高）。最新的研究發現，飲食可以重塑miRNA表達譜，進一步通過RNAi干擾miRNA生物合成通路基因發現，干擾AGO1和DCR1同樣能夠影響成蟲的代謝狀態，表明飲食酵母可能通過miRNA影響橘小實蠅代謝狀態。通過small RNA高通量測序，共鑒定19個差異表達的miRNAs。其中，進化上保守的miR-275/305簇在應對酵母食物刺激時表現正協同響應，并且在橘小實蠅脂肪體、腸道等脂肪富集組織高表達。利用CRISPR/Cas9基因編輯技術，敲除miR-275和miR-305顯著降低了甘油三酯和糖原含量，而總糖含量顯著升高，并損害橘小實蠅飛行能力。   　　為了進一步探究miR-275和miR-305的作用機制，作者利用兩組學關聯分析，在全基因范圍內進行靶標基因篩選，然后利用顯微注射、雙熒光素酶檢測、RNA免疫共沉淀及原位雜交等技術，最終證實了miR-275和miR-305分別作用于SLC2A1和GLIS2的3'UTR區域結合以抑制其表達。功能分析表明，SLC2A1和GLIS2分別參與碳降解和脂質代謝過程，通過RNAi干擾靶標基因，可以部分拯救由抑制miR-275和miR-305引起的代謝表型。進一步研究發現，注射外源胰島素可以顯著促進miR-275/305簇轉錄，抑制SLC2A1/GLIS2的表達，而干擾胰島素素受體底物IRS則表現出相反的趨勢。干擾TOR通路同樣能夠影響靶標基因的轉錄。這些結果表明，由miR-275/305簇介導的代謝網絡是受胰島素信號通路的調控。   　　基于上述結論，作者提出了一個miR-275/305簇調節能量代謝穩態的網絡模型。攝入飲食酵母后，激活的胰島素信號通路促進miR-275/305簇的轉錄，后者與靶基因SLC2A1/GLIS2結合后抑制其轉錄，從而保證正常的代謝生理，TOR通路也能獨立調控靶標基因而不影響miRNA的轉錄。在酵母剝奪條件下，TOR和胰島素信號通路活性被抑制，miRNA轉錄隨之減少，由miRNA介導的抑制作用減弱，表現為增強SLC2A1/GLIS2轉錄以維持基本代謝所需能量的供應。   　　華中農業大學博士研究生謝俊飛為論文第一作者，張宏宇教授和李曉雪教授為共同通訊作者，已畢業博士生鄭文平、蔡朝輝和研究生陳豪參與部分研究工作。本項研究得到了國家重點研發計劃（2019YFD1002100）和國家現代農業產業技術體系（CARS-26）的支持。   　　張宏宇教授團隊長期致力于實蠅等園藝與城市害蟲災變規律與綠色防控、入侵生物與生物安全研究，取得了一系列研究進展，部分成果已在Nature Communications、ISME J、PLoS Pathogens、Cells、Frontiers in Microbiology、Evolutionary Applications、Insect Mol Biol等高水平雜志發表。   　　英文摘要：   　　Increasing evidence indicates that miRNAs play crucial regulatory roles in various physiological processes of insects, including systemic metabolism. However, the molecular mechanisms of how specific miRNAs regulate energy metabolic homeostasis remain largely unknown. In the present study, we found that an evolutionarily conserved miR-275/305 cluster was essential for maintaining energy metabolic homeostasis in response to dietary yeast stimulation in Bactrocera dorsalis. Depletion of miR-275 and miR-305 by the CRISPR/Cas9 system significantly reduced triglyceride and glycogen contents, elevated total sugar levels, and impaired flight capacity. Combined in vivo and in vitro experiments, we demonstrated that miR-275 and miR-305 can bind to the 3'UTR regions of SLC2A1 and GLIS2 to repress their expression, respectively. RNAi-mediated knockdown of these two genes partially rescued metabolic phenotypes caused by inhibiting miR-275 and miR-305. Furthermore, we further illustrated that the miR-275/305 cluster acting as a regulator of the metabolic axis was controlled by the insulin signaling pathway. In conclusion, our work combined genetic and physiological approaches to clarify the molecular mechanism of metabolic homeostasis in response to different dietary stimulations and provided a reference for deciphering the potential targets of physiologically important miRNAs in a non-model organism.   　　原文鏈接：   　　https://journals.plos.org/plosgenetics/article?id=10.1371/journal.pgen.1010418