稻飞虱（半翅目:飞虱科）是我国和其他许多亚洲国家当前水稻上的重要害虫。其中最为重要的三种稻飞虱优势种是褐飞虱、白背飞虱和灰飞虱。除了直接刺吸危害水稻以外，它们还能传播病毒病害，对水稻的产量造成严重的损失。由于其短时间内即可暴发成灾的特性，当前对稻飞虱的防治方法仍然以传统的化学防治为主。长期的农药使用不仅造成了稻飞虱的抗药性问题，也引起了环境污染、农药残留等问题。因此，寻找更为有效且环境友好的治理稻飞虱问题的方法就显得尤为重要。胞内共生菌Wolbachia和Cardinium作为一类生防因子，有着很好的生防应用潜力。　　本文通过系统的调查，揭示了Wolbachia和Cardinium在褐飞虱、白背飞虱和灰飞虱自然种群中的感染情况。基于多位点序列分型技术和基因重组分析，明确地鉴定了这三种稻飞虱及其相关物种中感染的Wolbachia株系类型，揭示了它们之间的系统进化关系和遗传变异的方式，并探讨了稻飞虱中这两类寄生菌的来源。通过对三种飞虱线粒体基因组的研究，深入分析了胞内共生菌Wolbachia与稻飞虱之间的进化关系。同时，通过对稻飞虱中诱导胞质不亲和(cytoplasmicincompatibility，CI)的wStri株系和不诱导CI作用的wLug株系的基因组测序，深入地比较了已有Wolbachia基因组之间的差异性。这些研究工作为进一步揭示诱导CI的分子机理和利用胞内共生菌治理稻飞虱的研究奠定了良好的工作基础。　　1.Wolbachia和Cardinium在中国稻飞虱优势种中的感染情况　　研究结果表明，分布于全国各个稻区的三种主要稻飞虱对Wolbachia和Cardinium的感染情况有着明显的差异。其中灰飞虱的感染率最高（几乎为100％），其次为白背飞虱，褐飞虱的感染率最低。在检测的15个灰飞虱地理种群中，有14个种群都是100％感染，只有一个西北种群（甘肃靖远）种群完全不感染Wolbachia。对于白背飞虱，雌雄虫中Wolbachia的感染情况有着明显的差别。雌虫几乎都是100％感染，而各个种群中的雄虫感染率却不尽相同，从22.2％～95.0％不等。进一步对Wolbachia宿主特异性WO噬菌体的检测结果表明，自然种群雄虫中Wolbachia的感染率与在不感染个体中检测到的WO噬菌体的比率呈明显的负相关。因此推测，雄虫中Wolbachia感染率相对较低的原因可能是由于Wolbachia基因组中溶原性的WO噬菌体受到某种因素的诱导已转化为裂解性噬菌体，并且这种诱发机制与寄主的性别存在着一定的相关性。对于另一类胞内寄生菌Cardinium，在三种稻飞虱中只有白背飞虱双重感染了Wolbachia和Cardinium，并且白背飞虱各种群Cardinium的感染率几乎均为100％。对飞白背虱的不同组织部位检测结果表明，与褐飞虱、灰飞虱相似，Wolbachia和Cardinium这两类胞内共生菌不仅在白背飞虱的生殖组织中感染，在非生殖组织（头部、胸部、足和翅）中同样感染。研究结果为进一步揭示Wolbachia和Cardinium双重感染条件下对寄主的生殖调控作用及其机制、垂直传播规律、两者之间的相互关系以及进一步的应用研究等方面提供了重要的理论基础。　　2.Wolbachia的系统发育研究和稻飞虱中胞内共生菌的来源推测　　运用多位点序列分型技术（MultilocusSequenceTyping，MLST）对不同寄主中的Wolbachia株系鉴定结果表明，灰飞虱与白背飞虱感染了同一个Wolbachia株系（wStri）;褐飞虱感染了另一个Wolbachia株系(wLug)且与其近缘种伪褐飞虱中发现的Wolbachia株系（命名为wMui）的亲缘关系并不是最近缘的。这些Wolbachia株系与寄主之间没有明显的共进化现象。另外，在一种叶蝉中也检测到了三种Wolbachia株系（不确定其真实寄主，暂命名为wMfasl、wMfas2、wMfas3）。限制性酶切片段长度多态性（RFLP）实验和直接测序结果表明，与灰飞虱、白背飞虱一样，在褐飞虱自然种群个体中同样存在感染了Wolbachia的内寄生物。经MLST验证表明，这些可能源自于稻飞虱内寄生物的Wolbachia株系中，除了wWasp株系以外，还发现有wStri株系。稻飞虱与其寄生物感染相同株系的Wolbachia和Cardinium，表明了三种飞虱中这两类寄生菌很可能都是通过水平传播获得的。同源基因重组检测结果表明，不同Wolbachia株系之间存在着基因重组现象，并且在飞虱感染的Wolbachia株系与稻田生态系统中与飞虱有一定相关性的其他物种中感染的Wolbachia之间存在着广泛的wsp基因重组现象。这些研究结果有助于我们理解稻飞虱中Wolbachia的遗传变异方式。　　3.稻飞虱中Wolbachia的人工转染研究初探　　前期的研究结果表明，褐飞虱体内感染的Wolbachia株系不能诱导寄主的细胞质不亲和现象，而灰飞虱和白背飞虱中感染的Wolbachia能诱导较强的CI作用。并且前文的研究结果表明，自然种群中褐飞虱、灰飞虱感染的Wolbachia之间似乎并不能相互水平传染。这是因为没有水平传播的媒介？还是由于寄主本身的遗传差异性引起的？为了揭示不同Wolbachia株系与稻飞虱的相互关系以及探索Wolbachia等胞内共生菌在稻飞虱生防应用中的潜力，本文以不感染的稻飞虱为研究材料，采用显微注射的方法对不同稻飞虱进行了不同Wolbachia株系的人工转染研究。结果表明，在实验室条件下，褐飞虱、灰飞虱中感染的Wolbachia株系在这两种飞虱之间相互转染较难实现。进一步将烟粉虱以及叶螨中感染的Wolbachia株系注射到褐飞虱中的研究表明，这些物种中的Wolbachia株系也不能在褐飞虱中成功的定殖。这些研究结果表明，褐飞虱、灰飞虱中感染的Wolbachia株系在两种飞虱间不能相互转染的主要原因可能并不是没有合适的水平传播媒介，而是更多的与两种飞虱的遗传背景差异有关，很可能是跟寄主的免疫有关。　　4.胞内共生菌与三种稻飞虱的进化关系研究　　以三种飞虱的线粒体基因组以及灰飞虱线粒体多样性研究做为切入点，进一步探讨了稻飞虱与其胞内共生菌之间的进化关系。研究结果表明:1.三种稻飞虱的线粒体基因组有着许多共同的特征，比如:线粒体基因的重排方式、控制区长度多态性（含有可变数目串联重复序列VNTRs，variablenumberoftandemrepeats）、不正常的atp8基因长度等。这些特征表明了三种飞虱有着共同的祖先特征。2.三种飞虱中，灰飞虱与白背飞虱之间相对更近的进化关系也有着许多线粒体基因组特征的支撑，比如:两者线粒体控制区中的重复区有着完全一样的重复单元（且与褐飞虱中的重复单元序列相似），蛋白编码基因有着更为相似的基因长度，trnS2有着类似的二级结构等等。3.利用线粒体基因组蛋白编码基因同义替换率推测:白背飞虱与灰飞虱大概是在80.3～87.6百万年前发生的分化;褐飞虱的分化更早一点，大概发生在87.3～95.2百万年前。而wStri与wLug两个株系之间的分化时间大约在12.4-14.1百万年左右。通过物种分化形成时间的对比，揭示了三种稻飞虱中感染的Wolbachia是在稻飞虱进化后期通过感染获得的，而不是早先存在于三种飞虱的祖先种中并随之进化而来的。4.有研究表明，灰飞虱感染的Wolbachia株系wStri对寄主有着极强的诱导细胞质不亲和的能力。因此，wStri自侵染灰飞虱后理论上会导致灰飞虱线粒体多样性的降低。灰飞虱线粒体单倍型的研究表明，虽然灰飞虱自然种群个体间的分化程度较小（序列单倍型之间的差异小于1％），但是单倍型之间仍然存在的一定程度的分化。这说明了灰飞虱中wStri株系的感染已经有了一定的历史时间。对比白背飞虱自然个体线粒体的分化程度，本研究认为虽然稻飞虱感染Wolbachia在稻飞虱物种进化过程中的历史相对较短，但是在两种飞虱中Wolbachia的感染时间可能仍存在差异性（wStri株系感染灰飞虱的历史可能要比感染白背飞虱的历史更久远一些）。　　5.稻飞虱中Wolbachia的比较基因组学研究　　Wolbachia对寄主的生殖调控机理一直以来都是胞内共生菌研究的热点和难点。三种飞虱中感染的两个Wolbachia株系一个诱导CI（灰飞虱和白背感染的wStri株系）作用，另外一个不诱导CI（褐飞虱感染的wLug株系），系统发育研究表明这两者的亲缘关系又比较近，因此是研究Wolbachia诱导CI分子机理很好的比较基因组学研究材料。同时，现有的已完成基因组测序的Wolbachia株系中还没有不诱导CI的Wolbachia株系，开展本研究中两种不同生殖调控表型的Wolbachia基因组学的研究有利于我们更进一步的揭示Wolbachia诱导CI的分子机理。以这两个Wolbachia株系的全基因组测序为研究切入点，本文从比较基因组学的角度对诱导CI的分子机理做了初步的探索研究。研究结果表明:本文中所测的两个Wolbachia株系是目前研究发现最大的Wolbachia基因组，分别含有1771(wStri)和1589(wLug)个基因，并且都包含了四型分泌系统（ThetypeⅣsecretionsystem，T4SS）相关的基因。2.通过与已知Wolbachia株系基因组的比较，揭示了不同Wolbachia大组之间的差异性。3.两个Wolbachia株系在基因组成上有着很高相似性的同时也存在着差异，说明了两者在进化的过程中有着各自的进化途径。4.KEGG基因功能注释发现wStri株系与wLug株系相比，诱导CI的wStri株系含有多个与粘着斑(Focaladhesion)信号通路相关的基因，而没有CI诱导能力的wLug却不含有这些基因，关于这些基因是否与CI直接相关还需要进一步的验证。