昆虫脂质是其表皮的重要组成成分,其中体表脂质是昆虫维持正常生命活动的第一道防护屏障。体表脂质合成通路主要由乙酰辅酶A羧化酶(ACC)、脂肪酸合成酶(FAS)、脂肪酸去饱和酶(FAD)、脂肪酸延长酶(ELO)、脂酰辅酶A还原酶(FAR)、蜡酯合酶(WS)以及细胞色素P450单加氧酶(CYP4G)参与。然而,体表脂质合成基因在不同昆虫中的研究较为分散,且一种昆虫中局限于一个或部分几个家族基因的研究,尚缺乏对其合成通路的系统性了解与研究。褐飞虱(Nilaparvata lugens Stal),属于半翅目飞虱科,不完全变态昆虫,是亚洲“头号”水稻害虫。褐飞虱生活在水稻田间,它不仅要能很好地适应湿度很大的水田环境,还要能在稻田水面活动,因此研究褐飞虱体表脂质合成不仅可以进一步促进昆虫体表脂质的研究,而且对发展新的褐飞虱防治技术具有重要价值。但目前褐飞虱体表脂质合成的研究仍处于空白阶段,本论文从分析褐飞虱体表脂质入手,并基于对基因组、转录组、脂质组的生物信息学分析,利用RNA干扰(RNAi)、GC/MS、扫描电子显微镜(SEM)、三维体积重构等技术,对褐飞虱体表脂质合成通路基因进行了系统的鉴定及功能探究,研究结果总结如下:1.分析了褐飞虱体表脂质的主要成分及特点。利用GC/MS技术,共鉴定到褐飞虱体表脂质中的16种饱和直链碳氢化合物(C14、C16-C20、C22-C31)、16种支链碳氢化合物和6种脂肪酸(C14:0、C16:1、C16:0、C18:2、C18:1和C18:0)。该结果表明碳氢化合物(HC)在褐飞虱体表脂质中占主导地位,可能是决定褐飞虱表皮疏水性的主要物质。本研究进一步了解了褐飞虱表皮结构的组成,可作为体表脂质合成研究的基础。2.鉴定了褐飞虱体表脂质合成通路的ACC、FAS、FAD、ELO、FAR、WS和CYP4G家族基因,并利用RNAi技术对其功能进行了初步筛查。本研究通过对褐飞虱基因组和转录组数据进行生物信息学分析,共鉴定得到ACC(1)、FAS(3)、FAD(10)、ELO(20)、FAR(17)、WS(5)和 CYP4G(2)家族的 58 个基因。利用表达谱数据进行分析发现其具有多种时空表达模式,在组织表达方面具有良好的特异性,而在时序表达方面则表现出高度的多样性。通过PCR和基因克隆,我们成功对其中的42个基因在cDNA水平上进行了验证,并通过RNAi实验初步筛选出会导致褐飞虱若虫高致死率的功能基因17个,包括NlACC,NlFAS1,NlEL02、3、7、8、9、10、12、16,NlFAR5、6、7、9、11、15和CYP4G115,其中脂质合成通路中较为上游的基因如NlACC会影响整体脂质代谢从而致死,但能明显影响体表疏水性的7个基因都来自脂质合成通路较下游的ELO、FAR和CYP4G家族。本研究首次在一种昆虫内完整地、系统地鉴定了体表脂质合成通路相关基因家族,为昆虫体表脂质合成关键酶的研究提供丰富的资源。3.发现了与褐飞虱表皮防水性密切相关的4个ELO和2个FAR基因。本研究利用RNAi对褐飞虱ELO和FAR基因家族进行了系统的功能探究,首次发现了褐飞虱体表碳氢化合物(CHC)合成过程中不可或缺的NlELO2、3、8、16和NlFAR7、9基因。沉默这6个基因后的褐飞虱极易被水滴或自身排泄的蜜露沾附,使得呼吸和运动受到限制而死亡。SEM、GC/MS等分析发现,褐飞虱CHC含量显著减少,体表脂质层缺失,从而失去表皮疏水性,导致褐飞虱无法在降雨甚至是高湿的条件下存活。该研究成果揭示了这6个基因、CHC合成和体表疏水性三者之间的密切关系,为进一步研究昆虫表皮功能及体表脂质合成的分子机理奠定了基础,也为通过降低体表疏水性防治褐飞虱的研究提供了新的视野,为针对表皮渗透屏障的新型杀虫剂的研发提供重要依据。4.发现了部分体表脂质合成通路基因对褐飞虱的正常发育和繁殖必不可少。本研究通过系统地对褐飞虱进行RNAi实验,发现,沉默NlELO7、9、10和12基因后会导致褐飞虱体内脂肪体显著减少,身型瘦小而死;沉默NlFAR5、6、11和15基因后会导致褐飞虱出现不同程度蜕皮失败和羽化时翅的伸张失败而死的表型;在褐飞虱初羽化阶段分别干扰NlELO1、3、4、7、8、9、10、11、12、18和NlFAR1、4、5、6、8、9、11、13会导致褐飞虱生殖力下降。此外,干扰NlACC、NlFAS1和CYP4G115会导致褐飞虱若虫出现高致死率。该研究成果表明脂质合成通路基因具有多效性功能,为基于RNAi防治褐飞虱提供了新的潜在靶标基因。