小分子热激蛋白在灰飞虱繁殖调控中的作用研究

Small heat shock protein (sHsp) is a stress response protein, participate in organism development regulation and largely express in insect reproduction organs. Laodelphax striatellus is one of the most important pests of rice in China, show a good adaptability to environment and its abundance is mainly affected by the fecundity. Our previous study had proved that some sHsps expressions were different between female and male in L. striatellus. To explore physiological role of sHsp in reproduction and clarify the adaptive evolution mechanism of L. striatellus, this project obtains the sHsp gene cluster from the transcriptome database, analyzes the genetic structure and phylogenetic tree, studies tissue and induced expression characteristics, screens out the constitutive sHsp gene with different expression pattern between male and female, then RNAi technology is used to explore the gene function. Meanwhile, Reproduction related genes are screened out by transcriptome data analysis, the gene network is constructed, and the influences of constitutive sHsp on these genes expression are studied. The above research is not only helpful to understand the role of sHsp in insect reproduction, then clarify adaptive evolution mechanism of L. striatellus, but also provide theoretical direction to create new reasonable and effective pesticides or methods for L. striatellus control.

小分子热激蛋白（sHsp）是一类与生物胁迫应答、发育调控等相关的蛋白，在昆虫生殖系统中大量特异性表达。灰飞虱是我国重要水稻害虫之一，对环境具有较好的适应性，其种群数量主要受繁殖力的限制。我们前期研究表明灰飞虱某些sHsp表达与性别有关。为进一步明确sHsp在生殖系统中特异性表达的生理意义，探索灰飞虱适应性进化机制，本项目拟从转录组数据库获取sHsp基因簇，分析其基因结构和进化地位，研究其组织和诱导表达特性，筛选出雌雄差异性组成型sHsp基因；然后采用RNAi等技术研究目标基因的功能；同时从转录组数据库获取繁殖相关基因序列，构建繁殖调控基因网络，研究差异表达性组成型sHsp对这些基因表达的调控；从而阐明sHsp在灰飞虱繁殖调控中的作用。完成本项目不仅有助于全面了解昆虫sHsp的生物学功能，阐明sHsp在昆虫适应性进化中的科学意义，还为发掘合理有效防治灰飞虱的新药剂或新方法提供理论基础。

灰飞虱是我国重要水稻害虫之一，在各水稻产区均有分布，对环境具有较好的适应性，自上世纪以来陆续在云南、江淮等地暴发危害。小分子热激蛋白（sHsps）是维持生物正常生理活动和抵御环境胁迫的一类重要蛋白，参与了生物胁迫应答、发育调控等多个重要的生理过程。为了明确灰飞虱小分子热激蛋白的功能，本项目从转录组数据库中筛选出12个小分子热激蛋白基因，发现这些基因存在明显的时空表达特性。Lcontig9在正常状态下表达量极低，但热激诱导后其表达量上调数千倍；Lcontig12在正常状态下丰度较高，仅被热激轻微诱导，在雌成虫中的表达量显著高于雄成虫，在卵巢和脂肪体中的表达量显著高于头部和消化道。原核表达和RNAi证实Lcontig9等诱导型小分子热激蛋白在灰飞虱的温度适应性中起重要作用，抑制Lcontig9的表达后灰飞虱热胁迫下的死亡率显著上升，但繁殖力变化不明显。组成型热激蛋白Lcontig12除在热胁迫保护中起作用外，还参与灰飞虱的繁殖调控。抑制其表达后，灰飞虱繁殖力显著降低，JH合成和代谢路径相关基因的表达量也显著下降。综上所述，本研究发现灰飞虱小分子热激蛋白的功能具有多效性，不仅在胁迫保护中具有重要作用，还可能通过JH路径影响繁殖。这些结果为小分子热激蛋白靶向杀虫剂的设计奠定了理论基础。