不同性別的昆蟲變態過程由一個微RNA簇調控

Core Concepts

一個微RNA簇miR-277/34調控了昆蟲變態過程中的性別差異,通過調控與雄性激素和脫皮激素相關的基因通路。

Abstract

本研究通過轉錄組分析發現,在果蠅晚期幼蟲和早期蛹期,雌雄兩性在基因表達上存在顯著差異。進一步的基因組範圍預測和體外雙螢光素酶驗證,發現miR-277/34簇的成員可能調控與雄性激素和脫皮激素相關的受體基因AstC-R1和轉錄因子Kr-h1。

通過構建miR-277和miR-34單個敲除突變體,發現這兩個微RNA的缺失會導致AstC-R1和Kr-h1的表達水平發生變化,並進一步影響雄性激素和脫皮激素的水平。轉錄組分析進一步揭示,miR-277和miR-34在調控與變態相關的基因通路方面存在性別差異,如Hippo信號通路、MAPK信號通路等在雌雄兩性中的調控存在差異。

總之,本研究發現一個微RNA簇miR-277/34在調控昆蟲變態過程中的性別差異方面起關鍵作用,為理解昆蟲變態的性別調控機制提供了新的見解。

Stats

在果蠅晚期幼蟲和早期蛹期,雌性有2,548個蛋白質編碼基因發生差異表達,其中981個上調,1,567個下調。
在果蠅晚期幼蟲和早期蛹期,雄性有2,650個蛋白質編碼基因發生差異表達,其中1,002個上調,1,648個下調。
在雌雄兩性中,下調基因中均富集了昆蟲激素生物合成通路。
在miR-277敲除突變體中,Kr-h1的表達顯著下降,而在miR-34敲除突變體中,AstC-R1的表達變化不顯著。
在miR-277和miR-34敲除突變體中,雄性激素和脫皮激素的水平發生性別差異的變化。

Quotes

"在果蠅晚期幼蟲和早期蛹期,雌性有2,548個蛋白質編碼基因發生差異表達,其中981個上調,1,567個下調。"
"在果蠅晚期幼蟲和早期蛹期,雄性有2,650個蛋白質編碼基因發生差異表達,其中1,002個上調,1,648個下調。"
"在miR-277敲除突變體中,Kr-h1的表達顯著下降,而在miR-34敲除突變體中,AstC-R1的表達變化不顯著。"

Key Insights Distilled From

Insect metamorphosis is regulated differently between sexes by members of a microRNA cluster

by Li,C., Chan,... at www.biorxiv.org 06-27-2024

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.06.25.600558v3

Deeper Inquiries

除了miR-277/34簇,是否還有其他微RNA參與調控昆蟲變態過程中的性別差異?

在昆蟲變態過程中，除了miR-277/34簇之外，還有其他微RNA參與調控性別差異。例如，let-7微RNA已被發現與性別特異性表達有關，並且在果蠅的生殖行為和性別身份的維持中扮演重要角色。此外，miR-125也被證實在昆蟲的變態過程中具有調控作用，特別是在與ecdysteroid激素信號通路相關的過程中。這些微RNA的性別特異性表達和功能顯示出它們在昆蟲變態過程中的重要性，並且可能與miR-277/34簇共同作用，調節性別差異的發展和行為。

如果同時敲除miR-277和miR-34,會對昆蟲變態過程產生什麼樣的影響?

同時敲除miR-277和miR-34會對昆蟲的變態過程產生顯著影響。根據研究，雙重敲除突變體在蛹化後的存活率顯著下降，77%的雙重敲除果蠅在羽化後五天內死亡。這表明miR-277和miR-34在調控昆蟲變態過程中的激素水平和發育基因路徑方面具有關鍵作用。具體而言，這些微RNA的缺失會導致Krüppel同源物1（Kr-h1）和allatostatin C受體1（AstC-R1）的表達失調，進而影響ecdysteroid和sesquiterpenoid激素的水平，最終導致變態過程的異常。

在其他昆蟲物種中,是否也存在類似的微RNA調控機制來調節變態過程的性別差異?

在其他昆蟲物種中，確實存在類似的微RNA調控機制來調節變態過程的性別差異。例如，在蟋蟀和蟑螂等其他昆蟲中，微RNA也被發現參與調控與性別相關的發育過程和行為。這些微RNA可能通過調節激素信號通路和發育基因的表達來影響性別特異性特徵的發展。研究顯示，微RNA的性別特異性表達和功能在不同昆蟲物種中可能具有保守性，這表明微RNA在昆蟲的演化過程中可能扮演了重要的角色，特別是在適應性變化和性別分化方面。