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褐飞虱Nilaparvata lugens(St?l)属半翅目飞虱科,是我国和许多亚洲国家水稻生产上的重要害虫。调控昆虫蜕皮和变态的主要信号通路为蜕皮激素信号通路和保幼激素信号通路,本研究在基因组和转录组数据的基础上,对褐飞虱核受体基因、蜕皮激素和保幼激素信号通路基因的保守结构域、系统发育关系和基因表达模式等进行了研究,并利用RNA干扰技术研究了褐飞虱蜕皮和变态信号通路上主要基因的功能,主要研究结果如下:1、本研究基于基因组和转录组数据搜索得到了褐飞虱蜕皮与变态信号途径相关基因,包括蜕皮激素合成基因、蜕皮激素受体基因、受体转运蛋白基因、变态决定因子、保幼激素合成基因、保幼激素早期诱导基因和保幼激素信号通路下游基因。并搜索得到了褐飞虱体内具有20个核受体家族基因(包括蜕皮激素响应基因Nl E75、Nl HR3和Nl FTZ-F1)。2、本研究克隆得到了5个蜕皮激素合成的Halloween基因(Nl Cyp307、Nl Cyp306a1、Nl Cyp302a1、Nl Cyp315a1、Nl Cyp314a1)、蜕皮激素受体基因Nl USP的2个转录本、1个蜕皮激素受体转运蛋白基因Nl Ran、蜕皮激素前期响应基因Nl E75的5个转录本、蜕皮激素中期响应基因Nl HR3的2个转录本、蜕皮激素中后期响应基因Nl FTZ-F1的2个转录本、2个保幼激素合成基因(Nl JHAMT和Nl FAMe T)、2个保幼激素信号通路基因(Nl Broad-C和Nl Kr-h1)、1个变态决定因子Nl E93。分析了各个基因的开放阅读框、预测氨基酸序列、理化特性、跨膜区域、保守结构域和基因结构,初步预测了其功能地位。3、实时荧光定量PCR检测这些基因的时空表达模式结果显示,5个蜕皮激素合成基因在5龄蜕皮后的24h和60小时出现两个表达峰值从而控制蜕皮激素滴度的波动,进而完成对褐飞虱生长变态的调节作用;蜕皮激素受体、Ec R核转运基因、蜕皮激素信号转导基因均在蜕皮期间高表达,协调褐飞虱的若虫-若虫和若虫-成虫的蜕皮过程,是褐飞虱蜕皮和变态的必需条件;Nl E93和Nl Kr-h1在不同时间段呈反向表达动态,这种表达平衡反映它们之间的相互抑制作用并保证了褐飞虱在正确时间点发生变态过程。4、本研究通过RNAi验证了这些基因的生物学功能,结果表明Nl Cyp314a1、Nl USP、Nl Ran、Nl E75、Nl HR3和Nl FTZ-F1对褐飞虱完成蜕皮过程是不可或缺的。分别将这6个基因干扰后,褐飞虱若虫都会出现蜕皮困难的致死表型:旧表皮自胸背板处开裂但并未全部褪去,旧表皮蜕不下来在尾部形成拖尾而出现双层表皮结构,或旧表皮并未开裂但虫体变细长,并最终蜕皮失败死亡。此外我们还发现,Nl Cyp314a1基因干扰后褐飞虱卵母细胞的发育畸形、卵黄原蛋白的产生或填充受阻;Nl Ran基因干扰后褐飞虱卵巢发育畸形,无正常的卵和卵壳形成,无后代孵化;Nl HR3被干扰后也会导致褐飞虱卵巢发育畸形,卵巢中的卵为椭圆形小卵。Nl E93和Nl Kr-h1对褐飞虱完成正常的变态过程具有决定作用。干扰Nl Kr-h1后会有早熟畸形虫(若-成中间体)褐飞虱的出现,而干扰Nl E93基因后会有超级若虫6龄褐飞虱的出现。再结合两者的龄期定量结果,可以发现Nl Kr-h1能抑制变态的发生,而Nl E93的表达是褐飞虱变态起始地决定因子,两者的平衡在褐飞虱变态中起到关键作用并决定褐飞虱在适当的时间点进行变态。同时我们对干扰后各个基因及其相关基因的表达量进行了检测,初步分析了蜕皮激素和保幼激素级联反应中各个基因的作用关系。基于上述研究结果,我们构建了褐飞虱体内蜕皮和变态信号转导通路模式图,包括蜕皮激素的合成、蜕皮激素受体、蜕皮激素响应基因的信号转导的通路以及Nl E93和Nl Kr-h1的互作调控变态的信号转导通路。为进一步了解蜕皮和变态信号转导通路在褐飞虱生长发育中的功能奠定了基础,为在基于RNAi的褐飞虱的防治中筛选合适靶标提供了重要的参考信息。