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茄二十八星瓢虫(Henosepilachna vigintioctopunctata)是亚洲国家茄科和葫芦科植物上最严重的害虫之一。目前已有研究表明茄二十八星瓢虫对RNA干扰(RNAi)较为敏感,并且该虫的转录组已经获得,这些为研究茄二十八星瓢虫的基因功能提供了必要条件。昆虫复眼由眼黄素单独着色或由眼黄素和蝶啶色素组合着色。这些色素主要存在于复眼的色素细胞中,它们保护感光细胞免受过量的散射光和紫外线的伤害。此外,昆虫眼睛色素还沉积于昆虫表皮和翅膀中,可能参与表皮鞣化和骨化。本文从茄二十八星瓢虫的转录组数据中鉴定了眼黄素(Ommochrome)合成三个关键基因(色氨酸氧化酶Vermilion、血红素过氧化物酶Cardinal以及单羧酸转运蛋白Karmoisin)和5个ABC转运蛋白基因。通过RNA干扰技术,分别探索了这8种蛋白对茄二十八星瓢虫复眼颜色及趋光和攀爬行为的影响。研究结果如下。1.眼黄素合成和转运相关基因的鉴定基于茄二十八星瓢虫的转录组数据,与赤拟谷盗、果蝇、家蚕等物种的同源序列比对,获得了 8个眼黄素合成和转运相关的候选基因,利用聚合酶链式反应技术,克隆得到5个基因的全长,这些序列(与对应的Genbank登录号)分别为vermilion(MN905517)、karmoisin(MN905518)、cardinal(MN905519)、white3(MN848343)和white5(MN848346);获得了另外3个基因的部分序列,它们分别为white1(MN848342)、white2(MN848344)和white4(MN848345)。2.RNA干扰靶基因使复眼褪色应用qRT-PCR技术测定了茄二十八星瓢虫8个眼黄素合成和转运相关的候选基因的在不同发育阶段的表达。结果表明这8个基因在所测定的发育阶段均表达,其中karmoisin的转录水平在卵期、蛹期与成虫期较高,vermilion在幼虫1、2和3龄初期与末期都处于相对高表达水平,4龄初转录水平也较高,但是在该龄末期则处于相对较低的表达量,cardinal转录水平在蛹期与成虫期都较高。在5个white基因中,white1、white3、white4和white5显示了相似的龄期表达模式,即在卵和成虫中高表达,但是幼虫期的表达水平较低。相反,在幼虫尤其在每龄的早期阶段,white2表达量高。末龄幼虫注射8个眼黄素合成和转运相关的候选基因的dsRNA后,靶标mRNA含量显著下降。干扰karmoisin、vermilion、cardinal和white3导致蛹和成虫复眼不同程度的褪色:干扰眼黄素合成酶基因vermilion和cardinal,蛹与成虫复眼呈现和体色相同的淡黄色,但是复眼周围色素沉积似乎并未受到影响,围绕着复眼呈现出一个暗色眼环,而干扰karmoisin和white3导致蛹与成虫的复眼分别呈现红褐色和深棕色。其中,更高剂量的dswhite3引起更为明显的蛹与成虫复眼颜色变化。然而,干扰white1、white2、whtie4和white5均未使蛹和成虫复眼褪色。3.RNA干扰靶基因对趋光和攀爬的影响正常茄二十八星瓢虫成虫呈现正趋光性。相反,一部分干扰karmoisin、vermilion和cardinal的试虫显示出不同程度的负趋光性。因此,我们推测眼黄素与昆虫的趋光性相关。干扰karmoisin、vermilion和cardinal还显著降低了 10日龄成虫的攀爬速度,对照雄虫和雌虫爬过8 cm高度的试管需时15.0和16.6 s,但干扰karmoisin、vermilion和cardinal后,雄性和雌性试虫分别需时22.9、22.9和19.0 s,以及22.5,27.6和19.3 s。另外,我们的数据表明,4龄末注射dswhite2可以导致茄二十八星瓢虫雄性和雌性成虫的攀爬能力减弱。可见,眼黄素可提升茄二十八星瓢虫的视觉敏锐度,参与表皮硬化;White2和White3蛋白在该物种中出现了功能分化。