Molecular Ecology | 宿主miRNA参与棉铃虫中HaNPV感染的激素调节

  

宿主miRNA参与棉铃虫中HaNPV感染的激素调节触发攀爬行为

Host miRNAs are involved in hormonal regulation of HaSNPV-triggered climbing behavior in Helicoverpa armigera

发表期刊： Molecular Ecology

影响因子： 6.086

发表单位： 中国农业大学

技术手段： 转录组测序, 小RNA测序（联川提供）

 

研究背景

egt（蜕皮激素UDP-葡萄糖基转移酶）-阴性棉铃虫单核多角体病毒（HaSNPV）感染将导致棉铃虫中病毒增殖减少和死亡时间缩短。有研究表明，粉纹夜蛾和甜菜夜蛾死于缺乏egt基因的突变体多核型多角体病毒（AcMNPV）感染，而WT AcMNPV感染的幼虫在蜕皮之前发生的攀爬行为受到抑制，这表明egt会影响与蜕皮有关的攀爬行为。

HaSNPV在棉铃虫幼虫中的感染导致几种20-羟基蜕皮酮（20E）相关基因的下调以及保幼激素（JH）相关基因的上调，表明激素可能介导调控攀爬行为，且20E和JH是协调控制全变态昆虫生长和变态的主要激素。

在棉铃虫体内，20E通过与蜕皮甾体受体（ECR）和超气门蛋白（USP）受体结合诱导下游基因表达来启动昆虫变态。JH通过结合细胞内耐甲氧苯胺（MET）受体阻止20E触发的变态反应。

miRNAs已被发现调节许多细胞过程，包括变态，细胞凋亡，免疫和行为。研究表明，细菌和病毒感染可以改变植物和动物细胞中miRNA的表达水平。宿主细胞的miRNA可被病毒用来促进它们自身的复制或干扰病毒增殖。已报道15种miRNA在HaSNPV感染的幼虫中表现出显著差异表达。miRNA可能参与20E和JH的调控，影响昆虫的生理和行为。但关于杆状病毒及其与宿主之间相互作用的详细分子机制以及潜在的信号传导途径尚未得到解决。

研究方法

本研究首先验证了不同实验条件下响应杆状病毒感染棉铃虫的攀爬行为。接下来，利用转录组测序分析鉴定模拟感染和感染HaSNPV幼虫之间差异表达的基因并经下游实验验证。通过验证20E及 JH的下游基因及其功能后，利用小RNA测序分析鉴定感染病毒前后幼虫体内差异表达的miRNA，通过靶基因预测miRNA的靶基因并鉴定其功能。本研究旨在通过以上实验详细研究参与宿主激素调控途径的基因和miRNA的表达模式，以了解HaSNPV诱导的攀爬行为的分子机制。

取材：人工饲养棉铃虫幼虫，将三龄期将幼虫进行HaSNPV感染及模拟感染，取脂肪体提取RNA。

研究发现

利用转录组分析筛选HaSNPV感染的（T72）与模拟感染的（C72）幼虫中差异表达的基因，共鉴定了5972个差异表达基因（DEGs）,其中上调2717个，下调3255个。KEGG富集分析显示这些基因主要参与20E和JH信号传导途径，免疫和应激反应以及脂肪酸代谢途径等。

通过实验确定JH和20E是参与HaSNPV诱导的棉铃虫发生树顶病（树顶病：幼虫感染核型多角体病毒后，爬往树枝顶端，倒悬挂于树梢至死亡。）的关键因素。RNAi介导的敲低和外源性激素处理试验表明20E抑制病毒诱导的树顶病，而JH介导产生树顶病行为。实验分析表明BrZ2基因位于JH和20E下游，20E和JH信号通路会影响BrZ2的表达。敲低BrZ2促进了HaSNPV诱导产生的树顶病。

在HaSNPV感染后，利用小RNA测序分析鉴定到127个显著差异表达的宿主miRNA，63个上调，64个下调。其中miR-8和miR-429在BrZ2的3'UTR区存在一个潜在的靶向结合位点。qRT-PCR结果表明，感染高浓度HaSNPV的幼虫，miR-8和miR-429的表达增加，而靶基因BrZ2的表达显著降低。注射miR-8或miR-429 agomir会显著降低BrZ2转录本和蛋白的表达水平，而注射miR-8或miR-429 antagomir后，BrZ2的表达增加。以上结果表明BrZ2是miR-8和miR-429的直接靶标，可以参与调节BrZ2的表达。

由于BrZ2的表达也受到20E和JH调控，本文对20E和JH对miR-8或miR-429表达的影响展开了研究。结果发现JHA（JH analogue）上调miR-8和miR-429的表达，而20E抑制这些miRNA的表达。另外，耐甲氧苯胺（MET）敲低处理后24小时降低了miR-8和miR-429的表达；蜕皮甾体受体（ECR）和超气门蛋白（USP）沉默显著增加了miR-8和miR-429的表达。以上结果表明miR-8和miR-429的表达由20E和JHA介导，并且具有相反的调控表达水平作用。

参考文献

Zhang S, An S, Hoover K, et al. Host miRNAs are involved in hormonal regulation of HaSNPV-triggered climbing behavior in Helicoverpa armigera[J]. Molecular Ecology, 2018.

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