近期，來自山西大學、中科院動物研究所和中科院北京生命科學研究院的研究人員，在國際著名遺傳學期刊《PLOS Genetics》在線刊登了題為“miR-71 and miR-263 Jointly Regulate Target Genes Chitin synthase and Chitinase to Control Locust Molting”的研究成果。這項研究的結果表明，在蝗蟲中，兩個miRNA可能在CHS1和CHT10介導的蛻皮過程調控中，發揮重要作用。中科院動物研究所的康樂院士和山西大學的張建珍博士，是本文的共同通訊作者。

蛻皮是昆蟲生長和發育的一個關鍵過程。幾丁質（Chitin），作為表皮的角質層的一個重要組成部分，在維持形態和蛻皮過程中起著關鍵性的作用。由于幾丁質在植物和脊椎動物中是不存在的，昆蟲的生長和發育嚴格依賴于幾丁質的生物合成和降解，因此，幾丁質代謝是開發安全有效的殺蟲劑的一個有吸引力的靶標。

飛蝗Locusta migratoria是一種世界性的害蟲，在其生命周期經過五個蛻皮階段。幾丁質介導的蛻皮過程被認為取決于兩個關鍵基因——幾丁質合成酶（CHS）和幾丁質酶（CHT），它們都是由蛻皮激素20 -hydroxyecdysone（20E）和保幼激素調節的。在昆蟲中，幾丁質合成酶是幾丁質合成的關鍵調節酶，并且是殺蟲劑的一個特定靶標。

從飛蝗克隆的LmCHS1基因，在蛻皮期在表皮中是特異表達的。LmCHS1基因敲除可增加非蛻皮和異常蛻皮若蟲的數量。然而，另一個旁系同源基因LmCHS2有助于圍食膜基質相關的幾丁質生物合成。此外，幾丁質酶是幾丁質糖苷鍵降解所需的水解酶。在所有的發展階段，TcCHT10可防止幼蟲蛻皮，并在蛻皮過程中起著至關重要的作用；其他旁系同源基因，CHT5和CHT7，僅在成蟲中防止蛻皮和翅膀正常折疊。CHS1和CHT10在蝗蟲中的一個有趣特點是，在每一個若蟲階段結束時（蛻皮前）轉錄水平突然增加和減少，表明這兩個關鍵酶在蛻皮過程中有可能是被精確調節的。然而，酶依賴性的幾丁質代謝和蛻皮過程，其背后的分子調控機制，仍不明確。

microRNA（miRNA）是小的非編碼調控RNAs，已成為多個生物過程中基因表達的關鍵轉錄后調節因子，因為它們可以通過與靶基因的3’UTRs進行較低的互補堿基配對，而直接引起翻譯抑制或mRNA的的降解。然而，最近的研究表明，在動物或昆蟲中，miRNAs可廣泛地靶定mRNA的的蛋白編碼區。許多研究表明，miRNAs嚴重影響昆蟲的蛻皮，從而導致蛻皮缺陷表型。例如，mir-8-5p和mir-2a-3p可負向調節幾丁質生物合成途徑中的膜結合海藻糖酶和乙酰葡糖胺磷酸變位酶，從而在半翅目昆蟲褐飛虱中造成顯著減少的存活率，連同蛻皮缺陷表型。

幾個不同的miRNA在昆蟲變形的調控中發揮作用。Mir-2的缺失可上調kr-h1 mRNA，從而導致受損的變形。此外，在果蠅中，let-7和miR-125突變體可誘導特定變形過程的時間錯誤調節。在飛蝗中，該研究小組曾報道，抑制Dicer-1——催化miRNA生物合成最后一步的酶，可誘導蛻皮的缺陷。結果表明，miRNAs對于調節蝗蟲的蛻皮過程，起著至關重要的作用。然而，在蛻皮過程中miRNA如何影響轉錄后修飾，根本機制仍然尚未完全闡明。

在許多昆蟲中，CHS1和CHT10是平衡幾丁質代謝的至關重要的蛻皮依賴酶，所以，該研究小組選擇了CHT10和CHS1作為候選基因。他們推測，miRNA可能在CHS1和CHT10介導的蛻皮過程調控中，發揮重要作用。在這項研究中，他們進行了小RNA轉錄組測序，來鑒定蝗蟲體壁中表達的miRNAs。研究人員發現，體壁表達的mir-71和mir-263，直接靶定兩個關鍵基因CHS1和CHT10，并在蛻皮過程中調節著幾丁質的生產，從而導致飛蝗的成功蛻皮。這些研究結果揭示了一種分子機制，miRNA通過這種機制，對于平衡CHT10和CHS1依賴性的幾丁質代謝調控，發揮重要的作用。