绿盲蝽是棉花上的重要害虫。棉花被绿盲蝽等害虫为害后,会释放特异性的萜类挥发物,这些挥发物在趋避毒杀害虫的直接防御反应中以及在吸引天敌的间接防御反应中挥发着重要功能。但是,绿盲蝽取食后诱导防御中挥发物的合成及调控机制尚不明确。本文分析了绿盲蝽成虫取食棉花诱导的挥发物谱和转录组变化,并结合基因组分析,对在诱导防御反应中起重要作用的萜烯合成酶（TPS）基因进行了鉴定和功能分析。结果如下:采用顶空采集法收集绿盲蝽取食棉花12 h、24 h和36 h后诱导挥发物,并利用GC-MS进行定性和相对定量分析。棉花绿盲蝽为害后的挥发物谱与对照植物明显不同。健康的对照植株存在微量的本底释放物质,包括a-蒎烯,β-石竹烯和a-石竹烯。这些组成型萜烯挥发物储存于棉花叶片腺体中,昆虫为害后立即增强释放。其它物质只有被绿盲蝽取食后才诱导释放。绿盲蝽取食棉花12 h后诱导释放挥发物为15种,取食24 h为18种,取食36 h为26种物质,其中相对含量最多的为（E）-β-罗勒烯。诱导挥发物主要包括萜烯化合物、绿叶挥发物以及吲哚和Me SA等莽草酸途径代谢物。组成型萜类和绿叶气味包括（Z）-3-乙酸叶醇酯、（Z）-2-己烯基丁酸酯、（Z）-3-己烯醇2-甲基丁酸酯、（Z）-1-乙氧基-4-甲基-2-戊烯在绿盲蝽取食12 h就大量释放,随取食的持续进行,略有下降。另外一些物质包括吲哚、苯甲酸甲酯、氨茴酸甲酯和Me SA以及一些非环化萜类（E）-β-罗勒烯、芳樟醇、DMNT和α-法尼烯,则在为害后逐渐增多,其释放具有延迟性,说明其在取食后重新合成。另外,我们进一步比较了绿盲蝽和棉铃虫诱导的棉花挥发物的差异。棉铃虫和绿盲蝽两种昆虫同时取食所诱导的挥发物中,一些组分的相对含量与棉铃虫或绿盲蝽单独取食所诱导的含量差异显著,包括（E）-2-己烯醇、乙酸己酯、（Z）-2-乙酸叶醇酯、1-癸炔、（E）-2-己烯-1-丙酸甲酯、（Z）-3-己烯醇2-甲基丁酸酯、（Z）-1-乙氧基-4-甲基-2-戊烯、（E）-2-惕各酸叶醇酯和Me JA。棉铃虫诱导较多组分为（Z）-3-乙酸叶醇酯、（E）-β-罗勒烯和吲哚。绿盲蝽诱导最多组分为（E）-β-罗勒烯、DMNT和芳樟醇。有趣的是,Me SA被绿盲蝽特异诱导,即棉铃虫单独取食不诱导,说明水杨酸途径在棉花对绿盲蝽的防御反应中发挥重要作用。为了阐明虫害诱导防御中挥发物的生物合成及调控机制,并筛选鉴定代谢网络中关键基因,我们利用RNA-seq技术对绿盲蝽取食12 h、24 h和36 h不同时间点进行了表达谱分析。绿盲蝽取食12 h导致棉花嫩叶中57,345个基因的m RNA水平发生了变化,24 h为57,015个基因,36h为64,324个基因。处理组与对照组之间表达倍数差异大于4倍的基因（即log2|Ratio|>2）,同时Probability>0.5的定义为差异表达基因。在绿盲蝽取食诱导12 h时,差异表达基因共有3,626个（占6%）,其中上调908个,下调2,718个;24h时,差异表达基因共有2,083个（占3%）,其中上调1,517个,下调507个;36 h时,差异表达基因共有23,780个（占36%）,其中上调23,616个,下调164个。其中121个基因在3个时间点差异表达。GO功能分类结果表明这些差异基因涉及43个类别。细胞成分中,以细胞和细胞组分为主。在分子功能中,则以结合和催化活性两项为主。而在生物过程中,以细胞过程和代谢过程为主。大量研究表明植物激素信号转导途径在植物生长发育以及防御反应中至关重要。绿盲蝽取食也调控了与包括茉莉酸、水杨酸和乙烯在内的植物激素合成及信号途径中众多基因的表达,表明茉莉酸、水杨酸和乙烯是参与绿盲蝽诱导的棉花防御反应的主要植物激素,大多数相关基因是被诱导表达。绿盲蝽的取食还诱导了224个防御基因的表达,这些基因在植物防御病原菌及昆虫过程中发挥着至关重要的作用。另外,萜烯类、苯丙烷类和类黄酮3类代谢途径中的许多基因都被绿盲蝽取食诱导,尤其是萜类合成途径相关基因,它们调控着诱导挥发物的释放。甲羟戊酸途径和非甲羟戊酸途径的限速酶分别为3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶（HMGR）和1-脱氧木酮糖-5-磷酸合成酶（DXS）。绿盲蝽的取食诱导了2个HMGR基因和9个DXS基因上调表达。有31个TPS基因被绿盲蝽取食调控,其中5个杜松萜烯合成酶在绿盲蝽取食后上调表达,它是棉花重要的抗病虫物质——棉酚合成途径中的关键酶。总之,绿盲蝽取食激活了棉花复杂的信号转导途径和基因调控机制,引起棉花由初级代谢调控的生长发育转移为次级代谢调控的防御反应,是整体上的一个重建过程。萜类化合物是绿盲蝽诱导挥发物的主要组分,它们由TPS基因催化生成。综合分析挥发物谱,RNA-seq和陆地棉基因组,我们在陆地棉基因组1中鉴定了46个全长基因（命名为Cot1TPS1-46）,陆地棉基因组2中有48个全长基因（命名为Cot2TPS1-48）。棉花TPS基因结构分为两类,class I和class III。与拟南芥和桉树等其它植物一样,棉花中的大多数TPS基因都属于class III类,这类基因由为6个内含子和7个外显子组成,且6个内含子的相位非常保守,分别为0、1、2、2、0、0。陆地棉基因组1中class III中32个基因,陆地棉基因组2中class III中25个基因符合这种内含子-外显子结构模式。而棉花class I中的基因为10-15个内含子,变化较大。聚类分析结果表明,棉花TPS基因家族分为6个亚家族。与其它双子叶和单子叶植物一样,棉花中,柯巴基焦磷酸合酶和内根-贝壳杉烯合成酶及其它二萜合成酶分别聚类为TPS c、TPS e和TPS f亚家族（class I）,倍半萜合成酶、环化单萜合成酶以及非环化的单萜合成酶芳樟醇合成酶分别聚类为TPS a、TPS b和TPS g（class III）。其中,TPSa亚家族基因最多。设计33对引物克隆TPS家族基因,但是比较困难,只有成功克隆到17个TPS。其中1个为已鉴定的Gh TPS2的同源基因,有2个序列中缺失碱基为假基因,另外2个属于TPS c亚家族,酶活产物为不挥发性的初级代谢产物。因此,选取剩余的12个TPS基因原核表达并以NPP、GPP、FPP和GGPP为底物进行酶活鉴定。其中8个TPS蛋白有酶活性,除了Gh TPS9的酶活产物大香叶烯D和大香叶烯D-4-醇,其它基因的酶活产物都是绿盲蝽诱导挥发物的组分。绿盲蝽的取食诱导了这些个功能基因的上调,与绿盲蝽取食后挥发物谱变化结果一致,说明棉花诱导挥发物的释放是由TPS在转录水平进行调控的。