外骨骼是昆虫生存以及适应恶劣环境的重要屏障,在长期进化过程中陆生昆虫形成了复杂的表皮结构以应对过度蒸发失水。表皮正常结构的形成涉及到黑化与硬化过程。昆虫黑色素参与昆虫表皮的色素沉积和硬化,对维持昆虫表皮结构和功能的完整性至关重要,因而昆虫黑化过程对昆虫水分平衡也可能具有关键性意义。黑色素合成通路在昆虫中相对保守,在一些完全变态的模式物种上得到了验证,但在不完全变态昆虫中的研究相对缺少。德国小蠊（Blattella germanica）属蜚蠊目（Blattaria）不完全变态昆虫,俗称蟑螂。作为一种世界性城市卫生害虫,德国小蠊分布广泛,与人类生活密切相关且极难治理。由于其若虫通体黑色,成虫黄褐色,因此可作为昆虫表皮黑化功能研究的对象。参与昆虫黑色素合成的重要酶类如酪氨酸羟化酶（Tyrosine hydroxylase,TH）、多巴脱羧酶（Dopa decarboxylase,DDC）和N-β-丙酰多巴胺合成酶（N-β-alanyldopamine synthase,Ebony）的功能往往具有多效性,而编码这些酶的基因在德国小蠊表皮中的具体功能尚不明确,特别是在调节昆虫表皮渗透性中的功能尚未得到充分研究。本研究以德国小蠊为对象,首先克隆黑色素生物合成途径的这几种关键酶基因的开放阅读框序列并进行生物信息学分析;其次通过定量PCR技术分析BgTH、BgDdc、Bg-ebony的时空表达特征;然后利用RNA干扰（RNA interference,RNAi）技术抑制BgTH、BgDdc、Bg-ebony基因的表达,验证其在表皮中的功能,分析其对表皮色素沉积、发育变态以及表皮渗透性等生理功能的影响。取得主要研究结果如下:1.德国小蠊BgTH、BgDdc及Bg-ebony基因的分子鉴定及表达分析为探究德国小蠊BgTH、BgDdc和Bg-ebony在黑色素合成中的作用,首先对其基因序列进行了鉴定和克隆。时空表达分析表明,BgTH和Bg-ebony基因均在德国小蠊头部和表皮高表达,BgDdc除了在头部和表皮有所表达并在脂肪体中高表达;BgTH和Bg-ebony在德国小蠊蜕皮后几小时表达量到达峰值,而BgDdc在一日龄成虫表达水平最高并在所有发育阶段持续表达;且Bg-ebony在德国小蠊成虫羽化后的表达显著高于若虫。2.BgTH、BgDdc及Bg-ebony基因影响德国小蠊表皮色素沉积利用RNAi技术在德国小蠊中抑制黑色素合成基因BgTH、BgDdc和Bg-ebony并探究其相应的功能。结果表明BgTH基因抑制导致部分蟑螂发生蜕皮障碍并死亡,且存活蟑螂的体壁柔软呈苍白色;BgDdc基因抑制后的蟑螂表现出异常的浅棕色,并随着时间变化而体色加深;抑制Bg-ebony基因表达后,德国小蠊雌雄个体呈现出与对照完全不同的黑色表皮,但对其发育并没有显著影响。3.BgTH和BgDdc基因参与调节德国小蠊表皮渗透性在干燥条件下,BgTH基因抑制的雌雄成虫与对照相比均出现提前死亡,BgDdc基因抑制的雌雄成虫存活率与对照相比没有明显差异;而所有dsRNA处理的蟑螂在高湿度条件下饲养6 d几乎没有死亡且不同处理间无显著差异。伊红Y染色实验表明BgTH-RNAi导致雌性蟑螂的表皮渗透性增加,BgDdc-RNAi造成伊红Y染液在蟑螂表皮的轻微渗透。4.德国小蠊BgTH和BgDdc影响表皮碳氢化合物的沉积为了进一步探究表皮黑化与表皮碳氢化合物之间的关系,测定了BgTH和BgDdc抑制的雌雄性成虫中的表皮碳氢化合物。GC-MS分析表明,抑制BgTH或BgDdc均导致德国小蠊表皮碳氢化合物总量上升。进一步研究发现BgTH缺失造成德国小蠊CYP4G19表达水平上升,而BgDdc缺失对CYP4G19的表达没有显著影响。综上所述,本研究确证了BgTH、BgDdc及Bg-ebony在德国小蠊黑色素合成中所起的保守作用。BgTH不仅影响表皮色素沉积而且对生长发育也至关重要,BgDdc和Bg-ebony对德国小蠊正常体色的形成也十分重要,但并没未发现其在昆虫生长发育中的功能。进一步研究发现黑化途径在德国小蠊表皮保水中起重要作用,其中BgTH和BgDdc在表皮渗透性中发挥关键作用。此外,德国小蠊表皮黑化与表皮碳氢化合物的积累之间存在一定联系。本研究结果不仅为通过利用黑色素基因对德国小蠊表皮渗透性进行调节,从而研发新的蟑螂防治技术和蟑螂的抗药性管理提供理论依据,而且为不完全变态昆虫黑色素合成通路的研究奠定基础。