棉蚜Aphis gossypii Glover是一种重要的园艺和农业害虫,寄主植物十分广泛。棉蚜种内存在偏好不同植物的群体,被称为寄主专化型（或寄主生物型）,其中较为典型的为棉花型和黄瓜型棉蚜,前者主要危害锦葵科作物,后者主要危害葫芦科作物。相对于在原寄主上,寄主专化型棉蚜在新寄主上的适合度显著降低,甚至不能成活。目前,棉蚜寄主专化型的形成机制尚不明确。蚜虫取食时向植物中分泌唾液,唾液中的某些成分在蚜虫适应寄主中发挥重要作用。我们推测,棉蚜寄主专化现象可能是由于某些唾液腺基因的差异表达引起的。本研究以遗传背景一致的黄瓜型和棉花型棉蚜为材料,解剖不同生物型棉蚜唾液腺,进行转录组分析,筛选差异表达且具有分泌性质的蛋白基因,并进行了功能验证,旨在揭示棉蚜寄主专化型形成的分子机制。研究结果如下:1.不同生物型棉蚜唾液腺差异表达基因筛选解剖遗传背景相同（同一克隆）的棉花型和黄瓜型棉蚜唾液腺,进行转录组测序,共检测到表达基因12808个,其中差异表达基因523个,在棉花型棉蚜中显著高表达的基因有319个,在黄瓜型棉蚜中显著高表达的基因有204个。大多数差异基因具有“催化”活性和“结合”功能,其中“细胞过程”和“代谢过程”相关基因较多。差异表达基因在“氧化还原酶”、“角质层结构”、“碳水化合物过程”、“葡萄糖醛酸转移酶”等相关通路中的富集程度较高。蚜虫唾液蛋白中常见的酶类,如碳酸酐酶、过氧化物酶、谷胱甘肽巯基转移酶,在棉花型和黄瓜型棉蚜唾液腺中均有表达,但表达水平没有显著差异;已报道的15个蚜虫效应子和激发子的同源蛋白在棉花型和黄瓜型之间也没有表达水平差异,说明已报道的蚜虫唾液蛋白不能引起棉蚜寄主专化型的形成。课题组前期研究发现,棉花型棉蚜不能在健康黄瓜叶片上正常取食,但能在防御受损的黄瓜叶片上正常取食,据此推测棉花型棉蚜缺乏针对黄瓜的效应子。因此,根据分泌蛋白特性,筛选在黄瓜型棉蚜唾液腺中高表达、含有信号肽区域、没有跨膜结构的小分子蛋白基因,共筛选出14个差异表达基因,其中包括3个角质层蛋白基因、1个转录调节蛋白基因、1个前弹性蛋白基因、1个粘斑基质蛋白基因、1个脂肪酶基因、1个蓝铜蛋白家族UCL3基因、1个黄蛋白基因、5个未知功能的蛋白基因。qPCR验证表明C2、M4、M5、C9在黄瓜型中显著高表达。近期有研究发现组织蛋白酶B（Cath B）可以作为激发子调控绿桃蚜对烟草的适应性,因此,本研究还比较了两生物型之间3个Cath B的表达量,其中Cath1和Cath2在黄瓜型棉蚜中显著高表达,Cath3在棉花型棉蚜中显著高表达。因此,选取符合预期的C2、M4、M5、C9、Cath3作为候选基因。2.候选基因的功能验证C2被注释为一种角质层蛋白（cuticle protein 7-like）,由171个氨基酸组成,该基因在黄瓜型棉蚜头部中的表达量是其余组织的3.30倍。M4蛋白被注释为一种前弹性蛋白（pro-resilin-like）,由116个氨基酸组成,M4基因在黄瓜型棉蚜头部中的表达量是其余组织的21.64倍。M5是一种未知功能的蛋白,由126个氨基酸组成,在黄瓜型棉蚜头部中的表达量是其余组织的9.58倍。Cath3（组织蛋白酶）在棉花型棉蚜其余组织中的表达量明显高于头部。对C2、M4、M5在黄瓜型棉蚜中进行RNA干扰,对Cath3在棉花型棉蚜中进行RNA干扰,干扰后蚜虫的大小形态、存活率、繁殖率和取食效率都没有明显变化。C9被注释为一种粘斑基质蛋白（adhesive plaque matrix protein-like）,由202个氨基酸组成,预测符合分泌蛋白特性。C9基因在黄瓜型棉蚜头部的表达水平显著高于其余组织;在各龄期棉蚜中,C9基因均有表达,1龄棉蚜中表达量是其它各龄期的4倍左右。进行蛋白序列比对发现,C9仅能在昆虫纲的绿盲蝽Apolygus lucorum和9种蚜虫中比对出同源蛋白。对C9基因在黄瓜型棉蚜中进行RNA干扰,干扰后黄瓜型棉蚜在黄瓜上的繁殖力显著下降,E1波（蚜虫向植物中分泌唾液过程）次数显著增加,E2波（蚜虫在韧皮部被动取食过程）的总时长缩短。综上所述,在两种寄主生物型棉蚜之间检测到唾液腺差异表达基因523个;已报道的蚜虫唾液蛋白（包括效应子和激发子）基因不是影响棉蚜寄主专化性的关键基因,因为它们在两种寄主生物型棉蚜间没有显著表达差异。在差异表达基因中筛选到具有分泌性质的蛋白基因14个,经qPCR验证后获得4个在黄瓜型中高表达基因（C2、M4、M5、C9）,和1个在棉花型中高表达的Cath3基因,功能验证表明,C9基因在黄瓜型棉蚜适应黄瓜中具有明显作用,初步确定为黄瓜型棉蚜适应黄瓜的关键基因之一。