褐飞虱翅发育相关基因克隆及其对翅型分化的调控作用研究

前人已经从影响褐飞虱翅型分化的环境因子、翅型分化的敏感若虫龄期、翅型分化的遗传规律及激素调控等方面进行了研究。然而，受研究手段的限制，前人的研究大多数从外部现象上阐述翅型分化的机理，且不同研究者的结果往往不同。因此，要阐明褐飞虱翅型分化的内在机制，有必要进一步从基因和蛋白水平上开展研究。本项目拟在前期研究的基础上，克隆褐飞虱翅发育相关基因ap、sal、ves、dpp、wg、BX、Notch的全长cDNA，找到在长、短翅型纯系若虫中表达模式不同的基因－即翅型分化重要调控基因，利用RNAi技术结合若虫外部及内部组织形态学观察，揭示翅型分化重要调控基因对翅型分化的调控作用，研究翅型分化重要调控基因在基因表达调控与信号转导中的作用。本项目研究结果将丰富不完全变态昆虫翅型分化分子机制理论，对揭示褐飞虱灾变的内在原因、实现褐飞虱虫源迁出时间的精细化预测、在褐飞虱迁出地进行源头治理具有重要的意义。

褐飞虱是水稻上的重要害虫，其具有长翅型及短翅型。长翅型褐飞虱繁殖能力较差，但是能够进行远距离迁飞以逃避不良环境；短翅型褐飞虱种群飞行能力退化，但是繁殖能力强。研究褐飞虱翅发育机制及翅型分化机制，对揭示褐飞虱灾变的内在原因，对褐飞虱的可持续治理提供科学依据。本研究以褐飞虱为研究对象，建立褐飞虱长翅型、短翅型品系，对褐飞虱三龄若虫翅芽进行转录组分析；比较翅发育基因在长、短翅型品系翅芽中的表达差异；通过RNA干涉技术，研究翅发育相关基因在褐飞虱翅发育过程中功能、对褐飞虱翅大小的调控作用。获得了以下实验结果：（1）在室内连续筛选40代之后，得到稳定的长翅品系（长翅品系成虫长翅率>80%）、短翅品系（短翅品系成虫短翅率100%）（2）从褐飞虱翅芽转录组中获得了55963条unigene、56个褐飞虱翅发育相关基因，qRT-PCR分析结果表明：发育历期对其中24个翅发育相关基因的表达有显著影响，8个基因（engrailed、hedgehog、spalt major、abdominal-A、wingless、vestigial、Extradenticle和Ultrabithorax）的表达受到翅型的显著影响；（3）得到了褐飞虱apterousA（apA）、ASH（achaete/scute）基因全长cDNA，在3龄若虫中注射dsapA和dsASH后，出现2种相似的表型变化：褐飞虱成虫翅不能合拢或扭曲、前翅翅面刚毛消失。此外，注射dsapA后还使长翅品系成虫的前翅与后翅变小；（4）得到了褐飞虱Ultrabithorax（Ubx）基因全长cDNA，在3龄若虫中注射dsUbx后，出现以下表型变化：长翅品系成虫后翅变小而短翅品系成虫后翅变大、若虫不能正常蜕皮、后胸背板结构中胸化、成虫翅不能合拢或扭曲、短翅品系的前翅刚毛增加且后翅也长出刚毛；（5）此外，褐飞虱decapentaplegic （Nldpp）、vestigial（Nlvg）、brinke（Nlbrk）功能研究正在进行之中。本研究得到的翅发育基因不仅在褐飞虱翅发育过程中承担重要功能，而且对褐飞虱翅型具有一定的调控作用。本项目研究结果对阐明褐飞虱翅发育及翅型分化机制，揭示褐飞虱迁飞分子机理提供了重要科学依据。