飞蝗是一种洲际性重大农业害虫，其中以分布最广、危害最大的东亚飞蝗为代表。飞蝗呈现出良好的表型可塑性，可以应对不同的种群密度压力条件，在孤独的散居型和聚集的群居型两者之间相互转变。二者之间的体色、行为和生理学等各方面均存在着显著的差异。散居型向群居型表型转变并且长距离迁飞被看作是蝗灾爆发的关键因素。在飞蝗型变的整个过程中，最容易观察到的变化特征就是行为的改变。群居型个体表现得异常活跃；而散居型个体则处于较为安静的状态。为了对飞蝗的行为进行精确定量的研究，我们基于二元逻辑斯蒂回归方程的分析，共筛选出了11个与两型行为密切相关的特征参数，建立了两套定量测定飞蝗个体行为型状态(behavioral phase state)的检测方法，分别为开放运动实验检测法（Open Field Test, OFT)和强迫游泳实验检测法(Forced Swimming Test, FST)。通过这两种行为检测方法，可以很好地将散居型和群居型飞蝗个体的行为型状态区分开来，这对于进一步阐释飞蝗两型转变的分子机理具有重要意义。组蛋白乙酰化是一种重要的蛋白质翻译后修饰方式，分别由组蛋白乙酰基转移酶（histone acetyltransferases, HATs)和组蛋白去乙酰化酶（histone deacetylases, HDACs）共同催化调节。生物体内的乙酰化动态水平控制着染色质活性和相关基因的表达，通常组蛋白乙酰化升高（hyperacetylation）激活相关基因的表达；而组蛋白乙酰化水平降低(hypoacetylation)则抑制某些基因的活性。本研究发现，组蛋白乙酰化水平和飞蝗两型的行为之间存在着密切的联系。本实验采用低、中、高三种不同剂量(100μg,300μg,500μg）的组蛋白去乙酰化酶抑制剂丁酸钠（Sodium Butyrate, SB or NaBut）分别注射散居型、群居型、散居群居化型四龄中期蝗蝻（0h和48h各注射一次），在72h通过Open Field Test检测法对飞蝗行为型转变(behavioral phase transition)进行定量评价。研究发现，单纯提高体内的组蛋白乙酰化水平并不能直接改变散居型和群居型飞蝗的行为型状态；但高剂量的丁酸钠注射（500μg组）则促进了散居型飞蝗的群居化过程（P <0.05）。此外，为了进一步明确乙酰化水平增加对散居型飞蝗群居化过程的促进作用，我们通过Forced Swimming Test检测法对该行为的改变做出了进一步的评价。研究发现注射500μg丁酸钠的群居化蝗蝻组与对照组相比，运动的总距离显著增加（P <0.01），而平均不动的时间则明显下降(P <0.05)。首先，通过飞蝗转录组测序（RNA-seq）分析发现，具有乙酰化作用的转录因子PCAF在群居型和散居型四龄期之间的表达差异最大（P <0.01）；同时具有去乙酰化作用的组蛋白去乙酰化酶HDAC5在群散四龄间也存在着显著的差异（P <0.05）。通过实时荧光定量实验（qRT-PCR）对飞蝗群居化过程中各时间点的检测发现：CBP、PCAF和HAT1等具有乙酰化作用的转录因子和酶的mRNA水平在群居化1h时显著升高（P <0.05）；而具有去乙酰化作用的转录因子和酶SIRT1和HDAC5则在群居化4h时显著增加（P <0.05）。该实验暗示，在飞蝗群居化过程中伴随着乙酰化修饰水平的上升，当乙酰化水平增加到一定程度，去乙酰化修饰发挥负反馈调节作用，从而使机体的乙酰化水平保持动态平衡。然后，通过蛋白印迹实验（Western blot）对飞蝗群居化0h,1h,4h,24h,48h和72h各时间点的H3K9乙酰化蛋白水平进行检测，研究发现群居化4h时组蛋白乙酰化水平显著升高（P <0.05)，在接下来的时间内又下降到一个合理水平。上述一系列实验证明：在飞蝗群居化1h时，乙酰化在mRNA水平就发生了改变；而在群居化4h时，乙酰化在蛋白水平发生了改变；在群居化72h时，飞蝗的行为才发生了改变。说明乙酰化在分子水平上的变化早于飞蝗行为的改变，即在飞蝗行为型发生转变之前，乙酰化修饰水平就已经发生了改变。最后，通过RNA干扰对组蛋白乙酰化参与飞蝗型变的功能进行验证。对乙酰化动态过程中的两个关键基因PCAF和HDAC5进行RNAi沉默，研究发现：对群居化四龄蝗蝻dsRNA干扰PCAF基因并同时注射高剂量的丁酸钠，与只注射高剂量的丁酸钠对照组相比，群居化进程明显减慢（P <0.05)；而dsRNA干扰HDAC5基因时，群居化进程则有加速的趋势。通过本课题的研究，我们证明了组蛋白乙酰化修饰参与调控了飞蝗散居型和群居型行为型的转变，并且证明了在群居化过程中乙酰化修饰在基因表达水平和蛋白质水平都发生了相应的变化，同时通过RNA干扰实验对乙酰化参与调节飞蝗型变的功能进行了验证研究。我们从表观遗传学角度对飞蝗两型转变的分子机理进行了进一步的阐释。通过该论文的研究，可以为防止飞蝗大规模爆发和迁飞的药物筛选提供新的研究策略，同时对保护农作物免遭毁灭性灾害具有重大的指导意义。