东亚飞蝗几丁质合成酶的特性及其在几丁质合成抑制中的功能研究

东亚飞蝗是重要的农业害虫，目前，化学防治引发的抗药性和农药残留问题日趋严重，探索新型环保的防治手段已成为重要的研究课题。昆虫生长发育中的蜕皮过程是昆虫特有的生物学现象，因此，几丁质合成途径被公认为是发展安全有效杀虫剂的靶标。本项目拟以东亚飞蝗为研究对象，通过蝗虫几丁质合成酶cDNA克隆和序列分析、mRNA在不同发育时期和不同组织部位的表达、原位杂交及RNA干扰等研究，阐明蝗虫几丁质合成酶的特性以及在蝗虫发育过程中的功能，同时探讨几丁质合成酶的两个基因在几丁质合成过程中的相互作用；采用氟虫脲处理东亚飞蝗，与RNAi后的相关指标进行比较，探讨几丁质合成酶在几丁质合成抑制中的作用。研究结果将能够揭示蝗虫几丁质合成机制，明确几丁质合成抑制剂的毒性机理，为针对蝗虫几丁质合成途径，研发环境友好型杀虫剂，实现蝗虫可持续控制提供科学依据。

飞蝗（Locust migritory）是重要的农业害虫，目前，化学防治引发的抗药性和农药残留问题日趋严重，探索新型环保的防治手段已成为重要的研究课题。昆虫生长发育中的蜕皮过程是昆虫特有的生物学现象，因此，几丁质合成途径被公认为是发展安全有效杀虫剂的靶标。几丁质合成酶（Chitin synthase）在几丁质合成的最后一步起着关键作用，该酶的功能特性已经成为研究热点。. 本项目以东亚飞蝗为研究对象，采用RACE-PCR技术获得飞蝗两个几丁质合成酶基因（LmCHS1和LmCHS2）的全长cDNA序列，同时扩增获得LmCHS1 的两个剪切子LmCHS1A 和LmCHS1B；运用Real-time PCR分析不同组织部位和不同龄期几丁质合成酶基因mRNA的表达。结果表明：LmCHS1A主要在表皮表达，LmCHS1B在气管表达，而LmCHS2在中肠和胃盲囊特异性表达。原位杂交技术对CHS2的mRNA表达进行细胞组织定位，表明LmCHS2主要在胃盲囊皱褶的顶部表达。推测LmCHS1主要负责表皮几丁质的合成，而LmCHS2负责围食膜几丁质的合成。LmCHS1 和LmCHS2在飞蝗发育的各个龄期均有不同程度的表达。进一步采用RNA干扰（RNAi）技术研究了几丁质合成酶基因的功能及其对昆虫生长发育的影响。当注射LmCHS1 dsRNA后，飞蝗出现蜕皮时间延迟、生长发育缓慢、不能完成蜕皮等现象。表皮切片研究表明，该基因被沉默后飞蝗新表皮合成受阻；注射LmCHS2 dsRNA后，实验组取食量明显下降，不能满足昆虫的生长发育而死亡，解剖飞蝗后发现中肠和胃盲囊严重萎缩，进一步的石蜡切片结果表明：LmCHS2被沉默后，中肠围食膜明显脱落。说明LmCHS1 LmCHS2在飞蝗发育过程中起着至关重要的作用，可作为害虫防治的潜在靶标。. 为探讨几丁质合成酶在几丁质合成抑制中的功能作用，采用氟虫脲（Flufenoxuron）等苯甲酰基脲类几丁质合成抑制剂浸滞法处理飞蝗，均对飞蝗产生高效的毒杀效应，飞蝗表现出沉默LmCHS1后的类似表型。采用数字基因表达谱（DGE）进一步分析氟虫脲处理飞蝗前后基因表达的变化。研究结果为针对蝗虫几丁质合成途径，研发环境友好型杀虫剂，实现蝗虫可持续控制提供科学依据。. 本项目共培养博士研究生2名，毕业硕士研究生6名，发表研究论文14篇，授权发明专利5项