飞蝗(Locusta migratoria)是世界性农业害虫的典型代表,喜食禾本科植物,如小麦、玉米、高梁等。一旦暴发,给农业生产带来极其严重的经济损失。飞蝗具有群集性、暴食性、远距离迁飞等取食习性,这些特性均与其触角的嗅觉感受机制密切相关。存在于感器内的多种蛋白在昆虫的嗅觉感受机制中发挥着重要作用,如气味结合蛋白、气味受体、气味降解酶等,编码这些蛋白的基因可以受转录因子AHR(Aryl hydrocarbon receptor)和CncC(cap‘n’collar isoform C)的调控,特别是气味降解酶。转录因子AHR是一类bHLH-PAS家族的蛋白,具有碱性螺旋-环-螺旋(bHLH)结构域和Per-ARNT-Sim(PAS)结构域,可以被内源和外源物质激活,进而调控下游基因的表达。已有研究表明AHR可以调控昆虫体内许多与代谢相关基因的表达,如:P450、GST和UGT等,昆虫AHR在物质的代谢解毒方面有重要的作用。转录因子CncC最先在果蝇中被研究,它与脊椎动物Nrf2蛋白和线虫SKN-1蛋白同源。与AHR相似,CncC被内源或外源物质激活后,进入细胞核与Maf蛋白形成异源二聚体调控下游基因的表达。已有研究表明CncC调控昆虫体内代谢解毒相关基因的表达,以使昆虫适应环境。因此,我们推测转录因子AHR和CncC在飞蝗的触角中发挥功能。开展了以下两方面的研究工作,具体研究结果如下:一、飞蝗转录因子AHR和CncC的分子特性分析对飞蝗AHR和CncC与其它物种的AHR和CncC氨基酸序列进行比对和系统发育分析,结果显示飞蝗AHR和CncC氨基酸序列与其他昆虫的AHR和CncC同源性很高。聚树分析显示,飞蝗AHR和CncC首先与蜚蠊目昆虫聚为一支,然后与鞘翅目昆虫相聚。这些结果表明飞蝗中的AHR和CncC是高度保守的,具有与其他物种相似的功能。通过RT-qPCR检测了AHR和CncC的表达,结果显示,AHR在飞蝗触角中特异性高表达,表明该基因可能在飞蝗的触角中发挥重要功能。CncC在飞蝗触角、前肠、中肠、后肠、胃盲囊、脂肪体、马氏管、血淋巴中表达量均较高,CncC的广泛分布,表明该基因在飞蝗中具有重要的生理功能。AHR和CncC在飞蝗触角发育的整个阶段均有表达,进一步推测这两个基因均在飞蝗的触角中有重要的生理功能。二、转录因子AHR和CncC在飞蝗触角中的功能分析利用RNAi技术将触角中的AHR或CncC沉默,检测它们在24 h和48 h的沉默效率,结果表明,这两个基因均被显著沉默。将AHR沉默后,通过触角电位仪测定了飞蝗对禾本科植物挥发物的电生理反应。结果显示,沉默AHR后,雌性飞蝗对1-庚醇的触角电位极显著降低,而对α-蒎烯、癸醛、2-己烯醛、壬醛、1-辛烯-3-醇、芳樟醇的触角电位无显著变化;雄性飞蝗对1-辛烯-3-醇的触角电位较对照组显著下降,而对α-蒎烯、癸醛、2-己烯醛、壬醛、1-庚醇、芳樟醇的触角电位无显著差异。将飞蝗触角中AHR沉默后检测飞蝗对禾本科植物挥发物的趋向性反应,实验结果显示,雌性飞蝗对癸醛、2-己烯醛、1-庚醇和1-辛烯-3-醇趋向性无明显变化;而雄性飞蝗对1-辛烯-3-醇的趋向性减弱,对癸醛、2-己烯醛和1-庚醇的趋向性无明显变化。利用RNAi技术将触角中的CncC沉默后,雌性飞蝗对壬醛和1-庚醇的触角电位较对照组显著降低,而对α-蒎烯、癸醛、2-己烯醛、1-辛烯-3-醇和芳樟醇的触角电位无显著变化。雄性飞蝗对1-辛烯-3-醇、2-己烯醛、壬醛和1-庚醇的触角电位均显著降低,而对α-蒎烯、癸醛和芳樟醇的触角电位无显著差异。将飞蝗触角中CncC沉默后检测飞蝗对禾本科植物挥发物的趋向性反应,实验结果显示,沉默CncC后雌性飞蝗对壬醛和1-庚醇的趋向性显著减弱,而对癸醛、2-己烯醛和1-辛烯-3-醇趋向性反应无明显变化;雄性飞蝗对壬醛和2-己烯醛的趋向性显著减弱,对癸醛、1-辛烯-3-醇、1-庚醇的趋向性无明显变化。以上结果表明,AHR和CncC在飞蝗触角对禾本科植物挥发物的嗅觉行为中发挥重要功能。本文通过序列比对和聚树分析研究了飞蝗转录因子AHR和CncC的序列保守区及与其他物种的系统发育关系。通过RT-qPCR的方法研究了这两个转录因子在飞蝗不同组织部位和触角不同发育阶段的表达。通过RNAi结合触角电位和行为反应研究了AHR和CncC在飞蝗触角的嗅觉行为中的功能,这些研究结果为基于嗅觉的飞蝗绿色防控技术提供了重要的理论基础。