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蜕皮激素20E(20-Hydroxyecdysone)与蜕皮激素受体EcR(Ecdysteroid receptor)和超气门蛋白USP(Ultraspiracle)结合形成二聚体,启动一系列下游“早期转录因子”和“早晚期转录因子”的表达从而调控效应基因的表达,进而影响昆虫的蜕皮、变态和繁殖等生理过程。本文以重要农业害虫飞蝗(Locusta migratoria)为研究对象,对其中两个转录因子LmE75和LmE93基因的分子特性和生物学功能进行了研究,为害虫防治提供重要的分子靶标。主要结果如下:一、LmE75和LmE93基因序列和表达特性分析搜索飞蝗转录组获得4个飞蝗LmE75基因LmE75A、LmE75B、LmE75C和LmE75D以及1个LmE93基因的cDNA序列。生物信息学分析显示:4个LmE75亚型仅在N端A/B域有较小差异,除LmE75D缺失核受体DNA结合域外,LmE75A、LmE75B和LmE75C均含有核受体完整DNA结合域和配体结合域,聚树分析发现同一物种不同E75亚型优先聚为一支;LmE93基因的开放阅读框为3378 bp,编码1125个氨基酸,含有螺旋-转角-螺旋(heix-turn-helix,HTH)的保守结构域,聚树分析发现其与沙漠蝗E93聚为一支。飞蝗不同组织和发育时期的表达结果显示:LmE75A、LmE75B和LmE75C均在体壁表达量最高,LmE75D则在前肠表达量最高;4个亚型在不同发育时期均有表达,其中LmE75A和LmE75B在4龄和5龄期均呈现先升高后降低的表达趋势,LmE75C在4龄和5龄期均呈现逐渐升高的表达趋势,在蜕皮前表达量最高,而LmE75D在若虫期均衡表达,成虫期表达量最高;LmE93在卵巢中表达量最高,脂肪体和体壁表达量次之;LmE93在成虫期的表达显著高于若虫期,5龄若虫期表达量明显高于其他若虫期。体内20E诱导实验表明LmE75和LmE93均受到20E正调控作用。二、LmE75基因的功能研究利用RNA干扰(RNA interference,RNAi)技术分析LmE75在若虫-若虫以及若虫-成虫发育过程中的功能。首先合成了LmE75基因4个亚型共同区域的dsRNA,4龄若虫进行dsLmE75的注射后,体壁中LmE75的表达可被显著抑制;当对照组蜕皮发育至5龄时,注射dsLmE75处理组67.5%若虫蜕皮前死亡,32.5%蜕皮困难死亡;体壁苏木精-伊红染色(hematoxylin eosin staining,HE染色)结果显示,与对照组相似,注射ds LmE75组可以正常发生皮层溶离,并且有新表皮合成和旧表皮降解过程。透射电镜结果显示,注射dsLmE75组的新表皮厚度较对照组明显变薄;对5龄若虫LmE75亚型基因共同区域进行RNAi后发现,对照组7天羽化为成虫,而注射dsLmE75组4天后进食较对照组明显减少,活动力下降,且出现严重的发育延迟现象,5龄若虫期长达13-18天,并未出现蜕皮迹象最终100%死亡;体壁HE染色的结果显示,dsLmE75处理组未观察到皮层溶离,旧表皮不降解,亦无新表皮的形成。之后体外合成了各个LmE75亚型特异区域的dsRNA,结果表明注射dsLmE75A至4龄后,100%的飞蝗发育延迟并最终死亡,注射dsLmE75A至5龄后,出现蜕皮困难和延迟发育两种表型,总死亡率达100%,而注射其他2个亚型dsLmE75B和dsLmE75C后均无可见表型,可正常发育至成虫。由此可见LmE75基因在飞蝗蜕皮过程中发挥重要作用。三、LmE93基因的功能研究利用RNAi技术分析LmE93在若虫-若虫以及若虫-成虫发育过程中的功能。分别在4龄和5龄进行dsLmE93的注射后发现翅中LmE93的表达均可被显著抑制。4龄若虫注射dsRNA后,相比对照组,注射dsLmE93组出现提前蜕皮的表型,最终有11%的若虫发育至7龄超龄若虫,超龄若虫没有迁飞和繁殖能力,最终注射dsLmE93组100%死亡。体壁HE染色发现,在4龄若虫注射dsLmE93后,4龄发育至5龄的过程中可提前发生皮层溶离以及旧表皮降解和新表皮形成的过程,但表皮结构没有显著变化。此外,在4龄若虫注射dsLmE93后,卵巢中LmE93的表达被显著抑制;解剖卵巢后发现,超龄若虫卵巢发育严重受阻,卵黄基本不形成,完全没有卵巢小管的发育。5龄若虫注射dsLmE93后,没有明显的提前蜕皮表型,亦可以产生6龄超龄若虫,但没有迁飞和抱对能力,大颚、前胸背板、前翅和后翅与对照组的5龄若虫和成虫均有明显差异。RT-qPCR检测发现,翅发育相关基因LmYorkie和LmACP19的表达被显著下调。由此可见,LmE93在飞蝗变态发育、繁殖和翅发育过程中都发挥关键作用。