小菜蛾Plutellaxylostella(L.)是当今十字花科蔬菜上为害最重的昆虫之一。由于长期处于杀虫剂的高压选择、世代重叠严重和产卵量多等特点使其快速对各种杀虫剂产生抗药性。据估计，小菜蛾每年在全世界范围内造成的经济损失高达40-50亿美元，而在中国为害所造成的经济损失也达到了7.7亿美元。故而，小菜蛾的有效防控成为当前生物学家亟待解决的问题。苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis, Bt)是一种革兰氏阳性细菌，因其能产生各种杀虫晶体蛋白来高效、低毒、特异性的防治各种害虫，故而在生物杀虫剂领域“威名赫赫”。但长期大量不合理的使用导致昆虫对Bt植物或者Bt制剂产生抗药性。与此同时，人们对害虫Bt抗性机制认识的不足正限制着Bt抗性综合治理(IPM)和Bt制剂的开发。因此，揭示昆虫与Bt杀虫蛋白互作的分子机制对于指导害虫的综合治理以及Bt产物的可持续利用具有重要的现实价值。小菜蛾是第一个被报道在田间对Bt制剂产生抗性的害虫，同时其基因组的及时公布使得小菜蛾可以被作为研究害虫与Bt杀虫蛋白互作分子机制研究的模式物种。
　　本研究分析实验室前期小菜蛾中肠转录组和RNA-seq数据后，发现多个ABC基因的表达量在小菜蛾Cry1Ac抗性和敏感种群之间存在显著性差异。利用生物信息学，生物化学，分子生物学，分子遗传学，昆虫生理学，昆虫毒理学等技术和方法从基因组水平对小菜蛾ABCB亚家族基因进行注释和克隆，随后对ABCB差异表达基因进行功能性分析。结果表明，小菜蛾ABCB基因在转录水平层面的差异表达导致小菜蛾对Cry1Ac毒素产生高抗性。该研究结果为阐明复杂的Bt抗性分子机制提供了一个新视野，同时也为害虫的有效防治提供了理论基础和参考。本研究的主要研究内容和结果如下：
　　(1)小菜蛾中肠PxABCB1基因与BtCry1Ac毒素抗性关系研究
　　本研究基于小菜蛾中肠转录组和基因组数据，经全基因组生物信息学分析克隆得到PxABCB1基因的cDNA序列全长。时空表达谱分析表明PxABCB1基因在所有组织和发育阶段内表达水平不同，其中，中肠组织和雌成虫阶段表达最高。随后，序列比对分析后发现敏抗种群之间不存在非同义突变，但所有抗性种群中PxABCB1基因的表达水平显著下降，同时中抗种群SZ-R验证了表达量的下调与Cry1Ac抗性相关。此外，利用RNAi沉默中肠PxABCB1基因的表达量能显著降低敏感种群幼虫对BtCry1Ac的敏感性。同时，PxABCB1表达量的下调与Cry1Ac抗性性状遗传连锁。故而，小菜蛾中肠PxABCB1基因表达量下降与BtCry1Ac抗性密切相关。
　　(2)小菜蛾PxABCBs基因家族注释
　　使用小菜蛾基因组和转录组数据，利用生物信息学的方法挖掘和鉴定得到12个ABCB基因，其中包括8个全转运蛋白和4个半转运蛋白。系统发育分析结果表明小菜蛾ABCB全转运蛋白与半转运蛋白之间进化距离较远；此外，不同物种间ABCB全转运蛋白进化关系较为复杂，但半转运蛋白基因在进化中则比较保守，不同基因各聚于一支。
　　(3)小菜蛾PxABCBs基因定量分析和RNAi功能验证
　　分析前期中肠转录组和RNA-seq数据得到小菜蛾ABCB基因的中肠表达量，分析敏感种群ABCB基因时空表达谱得到小菜蛾PxABCB基因在各个组织和发育时期内的表达水平各异。qPCR结果表明，抗性种群间PxABCB4，PxABCB8和PxABCB11基因表达量显著性下调，仅有PxABCB9表达量显著上调(6倍)。利用RNAi沉默小菜蛾敏感种群幼虫PxABCB4基因显著降低了小菜蛾对BtCry1Ac的敏感性(8%左右)，但干扰PxABCB8基因对BtCry1Ac的敏感性则没有显著性变化。
　　总之，本研究结果明确了小菜蛾ABCB基因作为受体基因在BtCry1Ac抗性中所发挥的作用，为进一步阐明昆虫与BtCry1Ac杀虫蛋白互作的分子机制提供了新视野。