埃及伊蚊丝氨酸羟甲基转移酶(SHMT)调控蚊子中肠血液消化的机理初探

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埃及伊蚊(Aedes aegypti)是疾病传播的重要媒介,属于节肢动物门昆虫纲双翅目蚊科,在全世界广泛分布。其为完全变态昆虫,生活史包括卵、幼虫、蛹和成虫四个时期,成虫雌蚊需要吸取脊柱动物的血液才能繁衍后代。埃及伊蚊能够传播多种疾病,包括登革热、黄热病、寨卡、基孔肯雅热和疟疾等,不断地威胁着人类健康。microRNA(miRNA)是一类长度约为21-25 bp的短链非编码小分子,能够在发育、代谢和疾病等各项生命活动中发挥重要作用。我们前期研究结果表明,蚊子特异和中肠特有miR-1174对蚊子吸血、血液消化、体液排泄和卵巢发育有重要调控作用,miR-1174负调控靶基因丝氨酸羟甲基转移酶基因(Serine hydroxymethyltransferase,SHMT)。下调SHMT后蚊子中肠里的血液消化受阻,卵巢发育异常。进一步研究表明,SHMT在中肠中低表达或无表达,消化酶在中肠中高表达,然而SHMT下调会影响蚊子中肠里消化酶的表达。SHMT如何影响中肠里消化酶基因的表达?我们推测,miRNA或许作为SHMT与消化酶之间的桥梁因子,通过直接或间接的方式维持蚊子中肠里消化酶的稳态和功能,参与了SHMT对消化酶的调节。本研究中,我们利用RNAi技术下调SHMT,在蚊子吸血前后两个时间点取处理组和对照组材料,通过小RNA测序筛选差异性表达的miRNA,接着对响应SHMT下调的一些应答性miRNAs进行功能研究。主要结果如下:1、SHMT基因的功能验证我们合成了dsSHMT和ds EGFP两种双链RNA,在蚊子羽化成虫后约20 h注射,注射后第三天(72 hPIJ)喂血。当SHMT被干涉后,相对于WT组和ds EGFP组,蚊子血液消化被抑制,卵巢发育受阻,产卵量明显降低。2、小RNA测序鉴定和差异表达miRNA筛选取注射后72 h(喂血前)和吸血后15 h(刚出现表型)的雌蚊,提取总RNA进行小RNA测序,一共鉴定了196个miRNAs,其中151个为埃及伊蚊已知miRNA,45个为新鉴定的miRNA。有24个miRNAs在蚊子吸血前的处理和对照之间显著差异表达,15个miRNAs在蚊子吸血后的处理和对照之间显著差异表达,19个miRNAs只在蚊子吸血前差异表达,10个只在吸血后差异表达,有5个miRNAs在蚊子吸血前和吸血后的处理组和对照组之间都差异表达。只在吸血前差异表达的miRNAs包括aae-let-7、miR-1、miR-100、miR-11894a、miR-11898、miR-13-3p、miR-13-5p、miR-278-3p、miR-279、miR-281-5p和miR-2941等;只在吸血后差异表达的是aae-miR-11-5p、miR-1174、miR-252-5p、miR-278-5p、miR-2b、miR-8-5p、miR-iab-3p和3个新鉴定的miRNAs;在吸血前和吸血后共同差异表达的是aae-miR-14、miR-2940-3p、miR-2940-5p、miR-305-5p和新鉴定的novel_22。在对照组中,有69个miRNAs在吸血前后差异表,在处理组中,有65个miRNAs在吸血前后差异表达,共有46个为对照组和处理组在吸血前后共同差异表达,这也说明吸血对蚊子miRNAs表达有较大影响。吸血前的24个差异性表达miRNAs中,12个上调表达,12个下调表达;吸血后的15个差异性表达miRNAs中,8个上调表达,7个下调表达。3、miRNA通路基因的应答性表达由于miRNA的产生有其特殊的通路,需要一些重要核酸酶参与。我们取注射dsSHMT、吸血后24 h的材料进行q PCR检测。结果表明,AGO 1下调表达,AGO 2上调表达,AGO 3无变化,Dicer-1下调表达,Dicer-2上调表达,Drosha下调表达。这意味着干涉SHMT后miRNA的差异性表达可能跟这些通路基因有关,这其中具体机制还有待进一步探索。4、对SHMT应答性miRNA进行功能研究RT-qPCR验证上面测序筛选出的差异性miRNA,与测序结果一致。即miR-1174、miR-1175、miR-2940-3p、miR-2940-5p、miR-306-5p、miR-34-5p、let-7、miR-8-3p和miR-184上调表达,miR-263a-5p、miR-286b和miR-2941下调表达,miR-9a、miR-279、miR-309a、miR-375、miR-989、miR-2944b-5p和miR-2946不受SHMT调控。然后,我们对一些差异表达的miRNA进行功能研究。结果表明,当aae-miR-2940-3p、miR-2940-5p和miR-2941下调时,蚊子没有产生明显的异常表型。而当miR-1174下调时,蚊子吸血率降低,血液停留在前部内脏(嗉囊)中,不直接进入中肠,血液不能被消化和利用,蚊子卵巢发育受阻,产卵量显著降低,繁殖受到影响,这与我们以前的结论一致。
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