烟粉虱是一个至少包含36个隐种的物种,其中一些隐种能通过取食植物、传播病毒以及引起植物真菌病害等方式对田间作物造成严重危害。Mediterranean (MED)烟粉虱是起源于地中海区域的烟粉虱隐种,目前已随人类活动而传播到世界多个地方。MED烟粉虱在我国大部分地区均有发生,并在某些区域取代了入侵隐种Middle East-Asia Minor1(MEAM1)成为当地优势种,对农业生产造成严重危害。以往研究表明,MED烟粉虱广泛的寄主适应性和较高的抗药性可能是它们广泛扩散并取代其他隐种的原因。由于唾腺、消化道和含菌细胞在昆虫取食、营养利用上有着重要的作用,本研究即从昆虫分子生理角度入手,运用转录组的方法研究了重要入侵生物MED烟粉虱这些重要器官的分子特征,试图从分子层面揭示烟粉虱对植物营养利用、应对植物防御反应以及农药抗性的生理生化机制。通过测定烟粉虱唾腺、消化道和含菌细胞这3个与营养生理关系密切的器官转录组,利用分子生物学、生物信息学技术手段对数据进行验证、分析,得出以下研究结果：(1)烟粉虱主唾腺的分子特征与潜在分泌蛋白通过对烟粉虱主唾腺转录组的测序以及SOAPdenovo拼接,总共获得了13,615个Unigenes,这些基因主要富集于与分泌及合成蛋白的功能相关的途径基因类别中。与虫体相比,在主唾腺中共有565个基因上调,但只有74个具有功能注释,而这注释显示,这些基因主要参与分泌蛋白的加工以及分泌,表明烟粉虱主唾腺是合成唾液成分以及控制唾液分泌的重要器官。通过生物信息学的方法预测了烟粉虱潜在的唾液蛋白,一共得到了269个潜在分泌蛋白,其中只有28.3%具功能注释。功能注释显示,烟粉虱唾腺中的潜在分泌蛋白参与了植物防御信号的调节以及韧皮部中有害物质的降解或抑制。将烟粉虱唾腺潜在分泌蛋白与蚜虫的分泌蛋白比对,发现只有17个与蚜虫分泌蛋白具有同源性,而且所比对上的蛋白并不包含蚜虫唾液中的效应因子,表明韧皮部取食昆虫唾液蛋白具有种的特异性。(2)烟粉虱消化道分子特征通过对烟粉虱消化道转录组的序列拼接,一共获得了27,443个Unigenes。与虫体相比,消化道的Unigenes主要富集于多个生物途径中,其中富集显著性最高的为对外源物质的生物降解和代谢、对辅因子和维生素的代谢以及消化过程。在烟粉虱消化道转录组中发现了5,771个在消化道特异表达的基因,而这些基因也主要富集于对外源物质的生物降解代谢和消化过程中。对MED和MEAM1消化道基因的同源序列进行氨基酸相似度比较,并进行同义替换和非同义替换值的计算,最后得出解毒相关的途径和酶类都相对保守,但是MED与MEAM1同源基因的氨基酸相似度却比较低,这些酶类和途径可能与这两物种在寄主或环境适应性差异相关。(3)烟粉虱含菌细胞转录组分析在烟粉虱含菌细胞中,寄主表达了约5,010个基因,而这些基因所富集的途经主要分为两类,一类与代谢相关,另一类与应激反应相关。与代谢相关的富集途径与共生菌缺失的基因所在的途径呈互补的趋势,可见寄主为共生菌提供它们不能产生的物质。而寄主应激反应转录本的富集则有可能是来自于共生菌的压力。含菌细胞中表达上调的基因主要和氨基酸代谢转运和应对外界压力这两类生命活动有关,这些基因可能参与给共生菌提供营养物质、良好的栖息环境以及限制共生菌的活动范围。另一方面,寄主也可以通过与共生菌的协作,获取除了组氨酸和精氨酸以外的氨基酸物质,以弥补韧皮部的营养不均衡。综上所述,唾腺、消化道、含菌细胞在烟粉虱取食、应对植物防御反应以及解决韧皮部营养不平衡的问题中起着关键作用。本研究不仅为进一步揭示入侵烟粉虱—植物互作、烟粉虱—共生菌互作的生理机制提供新的启示和分子数据支撑,也为通过基因调控防控烟粉虱危害提供了重要靶标。