小核糖核酸调控蚊虫代谢解毒酶基因表达的研究进展

随着分子生物学的发展，人们发现非编码sRNA在基因表达和蛋白质活性中发挥重要的调节作用，影响包括蚊子对杀虫剂的抗药性在内的多种生物途径。了解耐药性的分子调控机制对于控制蚊虫至关重要，其中代谢耐药是最关键的机制，主要指蚊体内代谢解毒酶相关基因（特别是细胞色素P450酶系统）的高表达。在验证杀虫剂抗药性相关基因的基础上，进一步研究sRNA与蚊虫抗药性相关基因的相关性，为进一步探索蚊虫抗性机制提供新思路和方向。蚊虫代谢抗性机制的研究对于病媒蚊的控制、耐药性监测以及新型杀虫剂的开发具有重要意义。本文综述了抗性基因、sRNA生物合成、调控蚊子代谢解毒酶的基因及其应用的研究进展。

小核糖核酸（small ribonucleic acid, sRNA）是一类长度为20~30个核苷酸的非编码小分子核糖核酸（ ribonucleic acid, RNA），普遍存在于细菌、古生菌、真核细胞器中。通过不同的机制触发靶向基因沉默，包括信使核糖核酸（messenger ribonucleic acid, mRNA）不稳定、翻译抑制和异染色质调节（图 1）。

图 1. 小核糖核酸生物合成

自在秀丽隐杆线虫中首次发现微小RNA（microRNA）以来，许多研究都表明sRNA可以调控多种重要生物学途径，如细胞凋亡、神经元发育、激素分泌、病毒感染、应激反应以及昆虫抗药性机制。目前已有600多种昆虫对1种或多种化学杀虫剂存在抗药性，其中以鳞翅目与双翅目昆虫为主。杀虫剂抗药性是可遗传的多基因联合驱动的复杂生物进化现象。蚊虫抗药性的发生发展成为当前蚊虫防治的最大障碍。了解抗药性的分子调控机制对控制蚊虫至关重要，其中代谢抗性中的细胞色素P450s酶系（cytochrome P450, CYP）作为蚊虫体内最大的代谢解毒酶家族之一，对激素、类固醇等内源性物质与杀虫剂、植物毒素等外源性物质均有代谢解毒作用。在大多数的抗性蚊虫中发现了CYP基因表达的上调或酶活性的增强，如CYP6P3基因、CYP6M2基因等，这表明了CYP基因在抗药性产生机制中的重要作用。而CYP等抗药性基因的表达受sRNA的调控，因此将sRNA的表达与杀虫剂抗性联系起来，在已验证抗药性基因的基础上进一步研究sRNA与其之间的联系，将为进一步阐明蚊虫抗药性机制供新思路和方向。近年来随着RNA干扰技术（RNA interference, RNAi）、高通量测序等生物信息技术的发展，转录及转录后表达调控相关研究逐步开展，为研究sRNA在蚊虫发育和抗药性进化中的作用提供了重要的见解。本文就抗药性基因、sRNA的生物合成与调控蚊虫代谢解毒酶类基因表达的研究进展进行综述，为蚊虫抗药性相关sRNA的进一步研究提供参考。

目前认为抗药性是指蚊虫在化学杀虫剂长期大量持续使用的情况下，产生的一种预适应的生物进化现象，通常认为是多基因共同作用的结果，具体指少数携带1个或多个抗性基因的个体在杀虫剂的压力下仍能存活。蚊虫对杀虫剂抗性的进化主要涉及4个方面：① 蚊虫对杀虫剂的代谢解毒能力增强（代谢抗性）；② 杀虫剂作用靶点的基因突变（靶标抗性）；③ 蚊虫表皮增厚导致杀虫剂渗透减慢（表皮抗性）；④ 蚊虫对杀虫剂产生行为趋避效应（行为抗性）。其中代谢抗性最关键，主要指蚊虫体内的代谢解毒酶相关基因的高表达，从而提升代谢解毒酶活性以加快蚊虫对外源毒性物质的代谢和降解，特别是CYP基因。其他抗药性基因还包括代谢抗性中的谷胱甘肽-S-转移酶（glutathione-S-transferase, GST）、羧酸酯酶（carboxylesterase, CarE）以及靶标抗性中的乙酰胆碱酯酶（acetylcholinesterase, AChE）、γ-氨基丁酸（gamma-aminobutyric acid, GABA）受体蛋白和电压门控钠离子通道（voltage-gated sodium channel, VGSC）蛋白等（表 1）。

表1 小核糖核酸对蚊虫代谢解毒酶基因的调控作用

为了制定更加高效合理的蚊虫防治及抗药性治理策略，了解抗药性的发生发展及相关调控机制是必要的前提。sRNA作为一种重要的调控因子，其对于蚊虫抗药性相关基因的调控也存在不可忽视的作用。因此在已验证的抗药性相关基因的基础上进一步研究sRNA与蚊虫抗药性基因之间的联系，有利于进一步明确蚊虫抗药性产生的分子机制以及杀虫剂的合理使用。miRNA、piRNA以及siRNA等小分子RNA的发现改变了以往人们对基因组非编码区序列的认识，揭示了一种新的由sRNA所介导的基因转录后水平的表达调控模式，这是RNA研究领域的一项重要突破。目前，蚊虫抗药性问题越来越日趋严峻，sRNA在蚊虫抗药性中的研究也为寻找蚊虫抗药性相关基因并探索其参与抗药性机制的研究提供了新的思路。尽管关于sRNA调控基因表达的具体机制以及功能基因组学在实践应用方面的研究还有待进一步完善，但不可否认的是他为蚊虫抗药性靶基因的鉴定以及新型杀虫剂的研发具有一定的现实意义，相信随着现代生物学技术的不断发展以及研究人员的不懈努力，我们将会对sRNA在蚊虫抗药性方面的研究有更加全面和深入的认识。

https://doi.org/10.13604/j.cnki.46-1064/r.2023.07.16