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蚜虫是世界上分布最广、危害最严重的农业害虫之一。大部分蚜虫在受到天敌攻击时都会从腹管释放报警信息素,以警告同种个体潜在的威胁,而该行为对于蚜虫的综合治理具有重要意义。许多蚜虫的报警信息素的主要成分是倍半萜烯(E)-β-farnesene(EβF)。迄今,蚜虫EβF生物合成的机制尚不清楚。本文采用多种研究手段,对蚜虫EβF生物合成的来源和候选基因的功能进行了较为全面的分析,结果如下:1.对蚜虫EβF生物合成的可能来源(寄主植物、体内共生菌和蚜虫自身)进行了鉴别。首先采用全人工饲料喂养桃蚜和棉蚜,GC-MS分析发现蚜虫仍然能够释放EβF,这就排除了寄主植物作为EβF生物合成来源的可能性;另一方面,在饲料里面添加抗生素以除去蚜虫体内共生菌Buchnera,结果发现脱共生的蚜虫尽管不能产生后代,但仍能释放EβF,这说明Buchnera也不是EβF生物合成的来源。综上,EβF很可能是由蚜虫自身合成的。2.对棉蚜体内Buchnera的ispA基因进行了功能鉴定。通过比较脱共生的棉蚜与在植物上喂养的棉蚜EβF浓度(ng/mg蚜虫),发现脱共生棉蚜所释放EβF的浓度明显降低,因此猜测其体内Buchnera的ispA基因可能会为EβF的合成提供部分前体物质FPP。该文对ispA基因进行了克隆、原核表达和体外酶活分析。结果表明,重组表达的ispA-GST可溶性蛋白在体外未能显示合成FPP的活性,进一步排除了 Buchnera参与蚜虫EβF生物合成的可能性。3.比较测定了受刺激产生EβF后与未受刺激棉蚜两组样品的转录组。测序结果共获得60,614个UniGene;差异表达基因分析显示,分别有1201和729个UniGene上调和下调。GO富集分析发现代谢过程和生物过程、催化活性等条目被显著激活;KEGG富集分析发现氨基酸生物合成、谷胱甘肽代谢和溶酶体等通路出现明显富集。对棉蚜类异戊二烯通路上的关键基因进行了 qPCR分析,发现棉蚜在受到刺激产生液滴2h后,AgFPPS、AgGGPPS、AgDPPS以及Buchnera的ispA基因的相对表达量呈现不同情况的波动,其中AgFPPS和AgGGPPS基因的变化情况相似,且很可能与蚜虫EβF的生物合成具有密切的关系。4.对棉蚜AgFPPS、AgGGPPS和AgDPPS基因进行了 RNAi研究。结果表明,150ng/μL和250 ng/μL的dsAgFPPS和dsAgGGPPS在连续饲喂2 d的条件下,干扰效果最好;200 ng/μL的dsAgDPPS1和dsAgDPPS2在连续饲喂4d后可显著抑制靶标基因的表达。上述4个基因被干扰后,对棉蚜生物学性状没有显著影响,但AgFPPS基因被干扰后,蚜虫所释放EβF的浓度(ng/mg蚜虫)与对照相比显著下降,而AgGGPPS基因被干扰后,所释放EβF的浓度与对照相比显著上升;AgDPPS1和AgDPPS2基因被干扰后,对EβF浓度无显著影响。该研究为蚜虫FPPS基因与EβF生物合成之间的密切关系提供了第一个体内实验证据。5.对棉蚜AgFPPS基因进行了原核表达和酶活分析,以进一步探讨AgFPPS基因和EβF生物合成的关系。构建了 pET-28a(+)-97AgFPPS重组表达子,实现了 AgFPPS的可溶性表达,并对该重组蛋白进行了体外酶促反应。通过GC-MS分析,发现该酶蛋白可催化合成GPP和FPP,证明AgFPPS具有GPPS/FPPS的双重功能,但并未检测到EβF的生成,证明在特定体外条件下AgFPPS不具有EβF合成酶的功能。综上,该研究为FPPS和GGPPS基因与蚜虫EβF生物合成之间的密切关系提供了第一个分子证据。本研究为蚜虫EβF生物合成及其调控机制的研究奠定了扎实的基础,也可为蚜虫的可持续控制提供新思路。