复杂敏锐的嗅觉系统在草食性昆虫寄主定位行为中起着重要的作用,如果能够探明昆虫嗅觉感受的机制,则可以为基于昆虫嗅觉机制发展害虫行为调控手段奠定重要的理论基础。目前虚的许多研究表明,多种蛋白在昆虫嗅觉感受过程中起着重要的功能,其中的化学感受蛋白(CSPs)被证明可参与昆虫的嗅觉感受过程,但也许多研究发现CSPs也可能参与昆虫的发育等其他生理过程,CSPs确切的功能目前仍不清楚。褐飞虱Nilaparvata lugens(Stal)是为害水稻上重要的害虫,每年给水稻产量造成巨大的损失。本课题组在前期对褐飞虱触角转录组测序中发现了多个CSPs,但对于这些CSPs在褐飞虱嗅觉中的功能不明确。因此,我们在对褐飞虱几个CSPs基因克隆的基础上,对其CSPs的时空表达谱、重组CSPss与水稻挥发物的结合特性及机制进行了研究,并通过RNA干扰技术分析了CSPs在褐飞虱行为选择中的功能,以期为基于嗅觉感受机制发展褐飞虱的防治技术奠定理论基础。主要结果如下:1.褐飞虱化学感受蛋白NlugCSP3的功能分析在本研究中,为了更好的理解化学感受蛋白在褐飞虱中的生理功能,我们在体外克隆了NlugCSP3基因。荧光定量PCR结果显示NlugCSP3在3天交配短翅雌虫触角和三天未交配雄虫腹末和触角中高表达。通过体外荧光竞争性结合、荧光猝灭,我们提供了筛选行为活性物质的一种可行有效的方法。在25种配基中,体外结合和行为选择实验表明十九烷和2-十三酮与NlugCSP3表现出很强的结合活性而且能很好地吸引褐飞虱。NlugCSP3与水稻挥发物有很好的结合活性表明其可能参与水稻普通气味物质的接受过程中。结合机制分析表明NlugCSP3与配基相互作用的很多信息。参与与配基相互作用的关键性氨基酸残基被揭示。鉴于热力学方程和联合相互作用,疏水作用是NlugCSP3与配基相互作用的主要作用力。荧光猝灭实验也表明,十九烷和2-十三酮能使NlugCSP3发生静态猝灭,而且两者的结合是自发进行的,相互作用力主要为疏水性作用。此研究提供了一种从荧光猝灭的角度进行行为活性物质筛选的方法。2.褐飞虱化学感受蛋白NlugCSP8的功能分析在此研究中,我们从褐飞虱中成功克隆了NlugCSP8基因序列。蛋白序列分析表明NlugCSP8与其他昆虫CSPs具有很高的保守性并且含有4个保守的半胱氨酸残基。基因表达分析表明NlugCSP8基因特异性表达于3天交配短翅雌虫的翅中,表达量是3天未交配短翅雌虫翅的175倍。此外,NlugCSP8也高表达于5天未交配短翅雄虫腹末中,与年龄、性别、成虫翅型和交配状态有关。荧光竞争性结合表明,具有较长碳链的配基如橙花叔醇、己醛和反-2-己烯醛与NlugCSP8具有很强的结合能力。通过利用生物信息学的同源建模与分子对接等方法,我们预测了NlugCSP8与具有良好结合活性的气味物质的结合位点数。此外行为选择实验表明,与NlugCSP8具有较强结合活性的气味物质中有四种气味物质能引起褐飞虱显著的行为活性。NlugCSP8的功能进一步被RNAi验证。RNA干扰实验结果表明,干扰NlugCSP8之后褐飞虱对具有吸引作用的物质的吸引效果明显降低。此研究表明NlugCSP8可能会成为褐飞虱环境友好经济的防治靶标。3.褐飞虱化学感受蛋白NlugCSP10的功能分析在此研究中,我们成功将NlugCSP10在大肠杆菌进行原核表达,并在体外进行荧光竞争性结合实验、荧光猝灭以及RNAi研究其可能具有的生理功能。结果显示与雌虫相比,NlugCSP10显著高表达于雄虫,可能参与交配的生理过程。荧光竞争性结合实验表明NlugCSP10与顺-3-己烯酯、二十烷和(+)-β-派烯具有很强的结合特性。为了证实NlugCSP10与配基的结合机制,通过同源建模和分子对接,我们发现其与配基相互作用的主要作用力为疏水性作用和范德华力。在这三种pH7.4条件下具有很强结合能力的配基中,二十烷对褐飞虱具有很强的吸引作用,顺-3-己烯乙酸酯和(+)-β-派烯表现出很强的驱避作用。本研究通过RNA干扰技术也证NlugCSP10参与褐飞虱识别顺-3-己烯乙酸酯的过程。总之,我们的发现NlugCSP10能特异性结合寄主植物的挥发物质,而且这些特异性结合的挥发物能作为引诱剂和驱避剂进行褐飞虱的生物防治。