【摘 要】
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昆虫表皮碳氢化合物（Cuticular hydrocarbon,CHC）作为与外界环境直接接触的第一道屏障,在诸多方面对昆虫起到保护作用,比如:在干旱环境下防止陆生昆虫体内水分通过表皮蒸发流失和阻挡外源微生物细菌、真菌和病毒对昆虫的侵入。另外,昆虫CHC作为昆虫性信息素的物质基础,在昆虫进行物种和性别识别以及雌雄交配等社会行为方面至关重要。因此,本论文主要聚焦于影响CHC合成、转运和接收三方面,通
【基金项目】
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国家自然科学基金（编号:31772533和31670659）；
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昆虫表皮碳氢化合物（Cuticular hydrocarbon,CHC）作为与外界环境直接接触的第一道屏障,在诸多方面对昆虫起到保护作用,比如:在干旱环境下防止陆生昆虫体内水分通过表皮蒸发流失和阻挡外源微生物细菌、真菌和病毒对昆虫的侵入。另外,昆虫CHC作为昆虫性信息素的物质基础,在昆虫进行物种和性别识别以及雌雄交配等社会行为方面至关重要。因此,本论文主要聚焦于影响CHC合成、转运和接收三方面,通过对豌豆蚜中NADPH-细胞色素P450还原酶（cytochrome P450 reductase,CPR）、载脂蛋白D（apolipoprotein D,ApoD）和脂蛋白受体（lipophorin receptor,LpR）三个基因进行分子鉴定和表征以及功能研究,发现CPR、ApoD和LpR都对豌豆蚜CHC的积累和干旱耐受性起到调控作用,同时还发现ApoD和LpR对豌豆蚜的生殖力产生重要影响。主要研究结果如下:1.在调控CHC合成的豌豆蚜CPR（Acyrthosiphon pisum CPR,ApCPR）基因研究方面:首先对ApCPR基因的分子特征和蛋白功能域进行了表征以及通过构建系统发育树对其进化关系进行了阐明。其次,对豌豆蚜干旱胁迫处理后,发现ApCPR基因的表达量与对照组相比显著上调。接着,在获得ApCPR基因的最佳dsRNA注射剂量为1.82μg和在该剂量下ApCPR沉默效应持续5天的基础上,通过GC-MS对dsRNA注射后第3、4和5天的豌豆蚜CHC和内部碳氢化合物（Internal hydrocarbon,IHC）含量进行了测定,发现ApCPR的沉默导致豌豆蚜CHC和IHC含量显著降低,同时还对CHC和IHC的组分进行了鉴定和定量,结果表明豌豆蚜CHC是由9种C25-C33的正构烷烃组成,而IHC中除了正构烷烃还包含大量带有甲基支链的HCs,并且ApCPR基因沉默对豌豆蚜CHC和IHC中不同的组分影响不同。然后,在ApCPR基因沉默导致豌豆蚜CHC含量显著降低后,通过扫描电镜观察到处理组蚜虫腹部体表与对照组相比显得平整干净和覆盖少量脂质物质以及在干旱环境下存活时间明显缩短。最后,在获得三种农药杀虫剂毒死蜱、吡虫啉和高效氯氰菊酯的LC50值的基础上,在ApCPR基因表达被抑制的豌豆蚜腹部表皮涂抹0.3μL杀虫剂溶液,结果表明ApCPR基因沉默导致豌豆蚜对三种农药杀虫剂敏感性增加,与对照组相比死亡率显著升高。因此,ApCPR具有成为蚜虫防治新靶标的潜力。2.在调控CHC转运的豌豆蚜ApoD（Acyrthosiphon pisum ApoD,ApApoD）基因研究方面:首先对ApApoD基因的分子特征和蛋白功能域进行了表征以及与其它代表性昆虫的蛋白结构进行比较和构建系统发育树分析了其进化关系。其次,在干旱胁迫条件下,发现ApApoD基因的表达显著上调。接着,对ApApoD基因的RNAi参数进行了优化,在最佳dsRNA注射剂量为1.21μg和沉默效应持续5天的基础上,收取dsRNA注射后第3天的豌豆蚜通过GC-MS对其CHC和IHC含量进行测定,结果发现两者的含量均显著下降且对其CHC和IHC中的不同组分影响不同。然后,发现ApApoD基因沉默导致豌豆蚜在干旱环境下存活时间明显缩短,干旱耐受性显著下降。最后,ApApoD基因沉默导致豌豆蚜成虫生殖力显著下降,具体表现为与对照组相比产生新生若蚜时间推迟和累积平均生殖量较低以及胚胎数量减少和发育迟缓。因此,ApApoD基因可能成为基于RNAi技术的蚜虫防治新靶标。3.在调控CHC接收的豌豆蚜LpR（Acyrthosiphon pisum LpR,ApLpR）基因研究方面:首先将ApLpR基因的蛋白功能域与其它代表性昆虫的LpR进行了比较和通过构建系统发育树对其进化关系进行了分析。其次,在干旱胁迫下,发现ApLpR mRNA的丰度显著上调。接着,获得ApLpR的最佳dsRNA注射剂量为1.21μg和在该剂量下ApLpR沉默效应能够保持4天,在此基础上,对dsRNA注射后第3天的豌豆蚜CHC和IHC含量通过GC-MS进行了测定,发现CHC和IHC含量显著降低,并且对豌豆蚜CHC和IHC的组分进行了鉴定和定量,发现ApLpR基因沉默对它们不同的组分影响不同。然后,在干旱胁迫下,发现ApLpR基因沉默导致豌豆蚜干旱耐受性显著下降。最后,ApLpR基因沉默还导致豌豆蚜成虫生殖力显著下降。因此,ApLpR基因可能成为用于蚜虫防治的RNAi新靶标。综上所述,本工作系统地研究了调控豌豆蚜CHC合成、转运和接收的三个基因ApCPR、ApApoD和ApLpR的分子特征和功能特性,揭示了它们在豌豆蚜CHC含量积累和干旱耐受性方面的重要调控作用以及ApApoD和ApLpR对豌豆蚜成虫生殖力的重要影响,不仅为后续进一步研究它们在CHC合成、转运和接收以及豌豆蚜生殖力上的调控机制提供了基础,也为基于RNAi技术的蚜虫防治提供了潜在靶标。
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