昆虫种群之所以数量庞大,离不开一个精准而敏感、复杂而特异的嗅觉系统。嗅觉系统,在介导昆虫行为过程中起主导作用,如日常生活中定位食物、选择栖息地,又如繁衍后代时探求配偶、交配产卵,再如趋利避害时亲属识别、躲避天敌等等。就是利用这个灵敏的嗅觉系统,昆虫精准的完成了从识别气味到作出生理和行为反应的整个过程。重要农业经济害虫小菜蛾体形较小,易躲避敌害、反应灵敏、繁殖迅速、大量取食十字花科蔬菜,都离不开其灵敏精准的嗅觉系统。目前,取代菜青虫,小菜蛾已成为十字花科蔬菜上第一大害虫,直接造成巨大经济损失。在触角识别气味这一过程中,多个蛋白参与了嗅觉信号转导途径。其中气味受体(odorant receptor, OR)和离子型受体(ionotropic receptor, IR)存在于特异性的嗅觉感觉神经元反应中。为了研究小菜蛾嗅觉识别的分子机制,项目组已通过二代DNA测序技术对小菜蛾成虫触角进行转录组测序,获得了小菜蛾的转录组数据信息,通过对高质量序列的拼接组装和功能注释,预测出小菜蛾的候选嗅觉基因。重点对其中的受体基因进行了鉴定和序列分析,包括54个ORs基因和16个IRs基因。在确定了小菜蛾转录组的基础上,本研究验证了54个ORs候选基因,16个IRs候选基因,并对其进行了克隆及表达,主要研究成果如下：1.在得到的54个ORs候选基因中,有23个基因的cDNA是全长序列,其开放阅读框(open reading frame, ORF)长度为1156-2187bp碱基,编码163-473个氨基酸。序列分析结果显示这些ORs具有5-8个跨膜结构域,这符合昆虫ORs的典型结构特征：长度在370-440个氨基酸之间,包括七个跨膜结构域。同时,得到IRs候选基因16个,其中5个IRs基因为全长序列。其中9个IRs有三个跨膜结构域,这也与IRs基因的典型结构特征相吻合。通过半定量PCR技术对获得的小菜蛾的候选ORs和IRs受体基因进行验证,并初步分析它们在雄虫触角、雌虫触角和足中的表达情况。结果在触角中检测到了全部54个ORs和16个IRs的表达,证明预测结果的可信性。结果显示,54个ORs基因主要在触角中表达。其中,PxylORl、PxylOR3、PxylOR4、PxylOR5、PxylOR6和PxylOR7均是雄蛾触角中高表达,这6个ORs都属于性信息素受体(pheromone receptors, PRs),这与前期工作中项目组其他人员的研究结果一致。PxylOR8在雌蛾触角中特异表达。其余47个ORs基因中,雌雄均有表达,在部分基因中雌雄表达水平略微有高低。对比于ORs基因,IRs基因的表达几乎不存在雌雄差异,是在雌雄触角中均有表达。其中PxylIR7d.3和PxylIR76b这两个基因表达水平较低。木实验中得到IRs基因在雌雄之间的表达水平相似的结果,再次验证了IRs不同于ORs。同样的结果也出现在斜纹夜蛾(Spodoptera litura) IRs勺研究中。因此推测在IRs相对高保守的序列和表达中,可能暗示着IRs具有保守的功能。2.根据预测出的小菜蛾的气味受体候选基因,克隆得到其中三条普通气味受体基因PxylOR16、PxylOR17和PxylOR18(Genbank登录号分别为KF717601-KF717603)的全长序列。PxylOR16开放阅读框全长为1218bp,编码406个氨基酸；PxylOR17开放阅读框全长为1200bp,编码400个氨基酸；PxylOR18开放阅读框全长为1191bp,编码397个氨基酸。通过进化树分析发现这三个基因没有聚在已知的PRs一支,属于普通气味受体。由于普通气味受体没有性信息素受体那么保守,因此筛选得到的三个基因是散落在鳞翅目各昆虫的ORs中的。又通过组织表达谱分析确定PxylOR16、PxylOR17和PxylOR18为三条普通气味受体。并利用半定量PCR (RT-PCR)明确这些气味受体基因在小菜蛾雌雄成虫不同九个组织中的表达水平。半定量的结果显示,三个普通气味受体基因均在触角中表达量最大,在其他嗅觉感器,如喙、下唇须和头部中也有一定量的表达,雌雄间无显著差异。另外,PxylOR17在雌蛾生殖器中,PxylOR18在雌蛾腹中也有一定表达。但三种气味受体基因在雌雄蛾的胸、足、和翅等组织中均不表达。推测这三个基因可能参与了普通气味分子的识别过程,除此之外,PxylOR17和PxylOR18还可能参与了信息素的产生和释放过程。