入侵杂草喜旱莲子草Alternanthera philoxeroides,是原产南美洲的苋科（Amaranthaceae）莲子草属（Alternanthera）的宿根草本植物,目前广泛蔓延在北纬32度至南纬38度的湿润陆地上,造成严重经济及生态问题。莲草直胸跳甲Agasicles hygrophila（Coleoptera:Chrysomelidae）,以下简称“跳甲”,是自南美引入、专食喜旱莲子草的优良天敌。跳甲对喜旱莲子草具有高度寄主专一性,是研究专食性昆虫与寄主相互作用的优良模型。前期研究表明,寄主挥发物（E）-4,8-二甲基-1,3,7-壬三烯（（E）-4,8-dimethyl-1,3,7-nonatriene,DMNT）能够显著吸引莲草直胸跳甲,且跳甲可利用该挥发物将寄主和非寄主植物区分开,是跳甲定向、定位和取食寄主喜旱莲子草的重要线索。萜类合酶（terpene synthase,TPS）作为DMNT合成中重要的关键酶,是了解专食性昆虫选择、适应寄主以及寄主植物防御的重要突破口。本研究利用喜旱莲子草各组织混合样本转录组数据,对喜旱莲子草DMNT合成关键萜类合酶基因ApTPSs进行了筛选和鉴定,并明确了其在专食性莲草直胸跳甲与寄主喜旱莲子草互作中的功能,从植物萜类挥发物代谢角度阐明了专食性莲草直胸跳甲与寄主喜旱莲子草相互作用机制。本文主要研究结果如下:1.首先,通过调查莲草直胸跳甲取食喜旱莲子草叶片的短期行为,对触摸和取食行为进行了时间划定,随后利用qPCR分析了候选7条ApTPSs片段在跳甲接触5 min、取食1 h和机械损伤下喜旱莲子草叶片中的相对表达量及损伤后随时间推移变化的表达情况,发现跳甲的短期接触即可诱导ApTPS10、ApTPS12、ApTPS16和ApTPS19的上调表达;取食强烈诱导7条候选ApTPSs的上调表达,而机械损伤状态下,候选7条ApTPSs表现出相对较弱的延迟上调表达。结合前期跳甲取食诱导和机械损伤诱导下DMNT的挥发量变化以及TPS基因诱导表达的特性,进一步筛选了DMNT合成相关ApTPSs。2.拼接并克隆了4条ApTPSs基因:ApTPS10、ApTPS15、ApTPS19和ApTPS35。对候选ApTPSs进行生物信息学分析,发现均为TPS-g家族成员,催化非环化萜类的形成,符合DMNT合成相关萜类合酶特征。采用原核表达的方式,对4条重组蛋白的最佳诱导条件进行了摸索,并利用SPME和GC-MS,体外确定了ApTPSs催化的产物成分,初步确定4个ApTPSs的催化功能。其中,ApTPS15为双功能酶,除催化DMNT前体橙花叔醇的形成外,还催化芳樟醇的形成。ApTPS10、ApTPS19和ApTPS35均催化芳樟醇的形成。3.利用qPCR对4个ApTPSs进行组织表达分析,发现ApTPS15在喜旱莲子草叶片中相对表达量最高,而ApTPS19在喜旱莲子草各组织的相对表达量差别不大。进一步构建ApTPSs-EGFP融合表达载体,采用烟草瞬时表达系统,对ApTPSs进行亚细胞定位分析发现,ApTPS10定位在质体中,ApTPS15、ApTPS19和ApTPS15均定位在胞质中。ApTPS15的亚细胞区位符合DMNT生物合成相关萜类合酶的亚细胞定位。4.为研究ApTPS15在莲草直胸跳甲和喜旱莲子草相互作用中的贡献,构建了ApTPSs的过表达载体,利用模式植物拟南芥遗传转化系统,获得了过表达ApTPS15拟南芥株系,并将过表达ApTPS19拟南芥株系作为对比。过表达ApTPS15拟南芥株系叶片蜷缩偏小,叶片中ApTPS15的表达量是野生型的2倍以上;而过表达ApTPS19拟南芥与野生型差别不大,ApTPS15的表达量中可达到野生型的8倍以上。莲草直胸跳甲的行为选择试验表明,相对于野生型拟南芥,雌性成虫对于过表达ApTPS15拟南芥株系表现出明显的偏好性,而对于过表达ApTPS19拟南芥株系无明显偏好。该结果表明,在拟南芥中ApTPS15的表达能够影响跳甲雌性成虫的行为选择。5.最后,我们构建了pGR107-ApTPS15RNAi载体,利用VIGS技术,诱导喜旱莲子草ApTPS15沉默。ApTPS15沉默植株表现出橙花叔醇丰度的降低,同时也在个别植株出现其他萜类挥发物丰度升高的现象。莲草直胸跳甲雌性成虫更倾向于选择对照植株,而非ApTPS15沉默植株。该结果进一步证明ApTPS15是调控喜旱莲子草DMNT前体橙花叔醇合成的萜类合酶。综上所述,ApTPS15为编码喜旱莲子草DMNT前体橙花叔醇合成的萜类合酶基因,其表达变化能够显著改变喜旱莲子草叶片中橙花叔醇的含量,进而影响莲草直胸跳甲雌性成虫的行为选择。该结果有助于增强对专食性昆虫与寄主植物关系的理解。