蚜虫类Aphidinea隶属于半翅目Hemiptera，包括卵胎生的蚜科Aphididae以及卵生的球蚜科Adelgidae和根瘤蚜科Phylloxeridae。该类昆虫大多数生活在北半球的温带和亚热带地区，世界现已知5000余种，中国记载种类超过1100种。蚜虫具有许多独特的生物学和行为学特性，如生活史复杂，多型和多态现象，在寄主上形成多样化虫瘿，体内含有多种内共生菌以及分化形成兵蚜等，这使得蚜虫类成为研究进化生物学问题的理想模型。　　迄今为止，基于支序系统学和分子系统学重建蚜虫类高级阶元系统发育关系，已开展了一系列的研究，然而，在所构建的蚜科系统发育树中，不同亚科的系统发育关系都未能达成共识，仍然存在不少争议问题。本研究首次基于转录组数据，对蚜科的系统发育关系进行探讨，尝试重建详尽可靠的蚜科系统发育关系框架，为开展蚜虫的重要形态特征演化、多样性分布格局形成机制、物种演化规律等研究的提供重要基础和支撑。表型可塑性是生活在异质环境中物种的一种适应性行为策略，通过改变其在形态、生理、遗传等方面的特征，使其能够在较短的世代内改变形态以适应环境，表型可塑性的研究对于探索生物的适应性进化具有非常重要的意义。本研究基于转录组数据，首次开展了蚜虫的表型可塑性研究，主要涉及蚜虫的翅型的多态性与背瘤的多态性，尝试揭示基因如何调控表型可塑性来适应环境的变化。　　关于蚜科的系统发育关系研究，本研究共选取了54个蚜虫物种，其中52个物种为内群，属于蚜科;另外两个物种作为外群，分别属于根瘤蚜科和球蚜科。通过高通量测序技术，首次获得了50种蚜虫的高质量转录组序列，包括根瘤蚜科和球蚜科各1种，蚜科17亚科48种。通过比较转录组分析，筛选获得单拷贝直系同源基因;并基于单拷贝直系同源基因，采用最大似然法，构建了蚜科的系统发育关系框架，结果表明:蚜科作为内群，其单系性获得了高度支持。在蚜科内，大多数亚科，如毛管蚜亚科Greenideinae、大蚜亚科Lachninae、伪短痣蚜亚科Aiceoninae、扁蚜亚科Hormaphidinae和毛蚜亚科Chaitophorinae的单系性均得到了强有力的支持;而蚜亚科Aphidinae、瘿绵蚜亚科Eriosomatinae和角斑蚜亚科Calaphidinae的单系性未获得支持。新叶蚜亚科Neophyllaphidinae位于整个系统发育树的最基部位置，最早从蚜科祖先类群中分化出来;群蚜亚科Thelaxinae和扁蚜亚科构成姐妹群关系;毛蚜亚科和镰管蚜亚科Drepanosiphinae构成姐妹群关系;广义的斑蚜类，如叶蚜亚科Phyllaphidinae、跳蚜亚科Saltusaphidinae和角斑蚜亚科聚为一支，亲缘关系较近。此外，蚜亚科的二尾蚜属Cavariella和粉毛蚜亚科的粉毛蚜属Pterocomma单独构成一支，且支持率很高，研究表明二尾蚜属原来的归属存在问题，认为二尾蚜属与粉毛蚜亚科的亲缘关系更近，归入粉毛蚜亚科更为合理。　　本研究以禾谷缢管蚜为研究对象，探讨了蚜虫翅型的多态性。在温室培养箱内饲养禾谷缢管蚜，以拥挤为翅型诱导条件，收集有翅型和无翅型蚜虫各个发育阶段的样本进行转录组测序，并对1龄、2龄、3龄、4龄和成蚜五个发育阶段构建了数字表达谱库。为了更好的理解蚜虫翅型的多态性发育过程中的基因表达特征，首次对五个发育阶段蚜虫的转录组数据进行了RNA-seq表达谱分析以及对各发育阶段蚜虫的差异基因进行了GO富集分析，结果表明:环境因素可诱导蚜虫翅型的分化，但在同一条件下，蚜虫个体由于接收到外界环境信号强度存在差异，进而产生有翅型或无翅型后代;伴随着蚜虫发育至成熟的过程中，翅也同步发育，参与的基因，如结构型基因、催化生物活动相关的酶、辅酶等逐渐增多，参与生命活动过程的各种代谢途径也逐渐增多，功能也逐渐完善。深入分析蚜虫翅型的多态性机制，表明血清素、多巴胺、章鱼胺、保幼激素、蜕皮激素和胰岛素参与翅型的多态性的调节过程;3龄期是蚜虫翅型发生的关键时期，并发现了33个与翅发育相关的基因，其中，uba1、Dll、Asc、Scr、Wnt2、Foxo、Srf、Hh、Ap、Hth、Tsh、Fng、Nub、Brk、Antp、Ubx和Dpp基因的表达量在不同发育阶段呈现不同的表达水平，表明这些基因可能是通过调节其在不同龄期蚜虫的表达量水平或开始表达的时间来调控翅的发育。　　本研究以奇肉刺斑蚜为对象，探讨了蚜虫背瘤的多态性。奇肉刺斑蚜的无翅孤雌蚜在种群中存在长瘤型和短瘤型，为了更好的理解蚜虫背瘤的多态性发育机制，本研究同时对这两种生物型蚜虫样本进行转录组测序，并通过比较转录组分析、差异基因的GO富集分析和KEGG代谢通路分析，结果表明:大多数参与背瘤发育的通路主要富集到信号转导过程中，主要涉及Wnt、Notch、Hh、TGF-β、MAPK和JAK-STAT信号通路。此外，还发现了16个基因，即β-catenin、Runx1、Runx3、Hes1、Delta-like1、Hairless、Smad、Comp、Egfr、Fgfr2、Bmp2、Noggin、Iftl72、Msx2、Med1和Groucho基因与背瘤的发育密切相关。此外，还提出了蚜虫背瘤的多态性机制，即蚜虫感受外界环境的刺激，并将其转化为分子信号传递至表皮细胞;而表皮细胞调节体内背瘤发育相关基因及通路的表达模式，进而调控背瘤型的分化。　　本研究基于转录组数据构建的蚜科系统发育关系假说是对蚜虫系统发育关系框架的重要补充和完善，同时也为关键性状的演化研究提供了良好框架。表型可塑性是昆虫适应环境变化的重要的行为策略，本研究基于转录组数据，分别探讨了蚜虫的翅型的多态性和背瘤的多态性分子调节机制，理解基因如何调控表型可塑性来适应环境条件的变化，对深入理解蚜虫的进化历史和适应进化机制，解析蚜虫类的起源与演化具有重要意义。