飞蝗是我国主要的农业害虫,蝗灾的爆发给国家和社会造成了巨大的损失。上颚是飞蝗进食及为害的主要工具,其表面覆盖着坚硬耐磨的表皮。因此,如果能够阐明飞蝗上颚坚硬表皮形成的机制,进而通过RNA干扰来沉默其中关键基因的表达,降低飞蝗上颚的机械性能,从而实现对飞蝗的控制。本课题组前期工作已经获得了东亚飞蝗上颚的转录组及蛋白组数据。本论文主要对其中高丰度表皮蛋白基因的生理功能进行了研究,明确了其对上颚硬度的关键性,为设计针对东亚飞蝗的RNA农药提供了新的思路和候选靶标基因。本论文的具体研究内容如下:(1)通过转录组、蛋白组分析,挑选出在东亚飞蝗上颚中高丰度的表皮蛋白基因。通过与东亚飞蝗基因组数据库中的序列进行比对,确定目的基因序列,并从自行构建的cDNA文库中成功调取了目的基因。这四个基因分别是:35501和30044(表皮蛋白CPR-RR2家族);39539和30387(类表皮蛋白)。(2)利用实时定量PCR对四个表皮蛋白基因的转录水平进行分析。就时期特异性而言,35501基因和30044基因主要在蜕皮前高转录水平,但35501基因转录水平明显高于30044基因。39539基因在蜕皮前后均高转录水平,30387基因在蜕皮后高转录水平。就组织特异性而言,35501基因、39539基因和30044基因均在表皮中高转录水平,30387基因在前肠、气管、马氏管中有高转录水平。(3)利用RNA干扰(RNAi)对四个表皮蛋白基因的生理功能进行研究。对五龄东亚飞蝗进行特异性dsRNA的注射后,目的基因转录水平明显下调,35501、39539、30044和30387基因的转录水平分别被下调了88.7%、74.3%、85.0%和71.7%。表型分析发现,35501基因被沉默后,飞蝗的异常率达到了93.3%。其中33.3%的若虫因蜕皮线未完全打开,在蜕皮开始时死亡;16.7%的成虫出现严重畸形;43.3%的成虫出现翅和腿的畸形,成虫上颚硬度下降37.4%,表面出现褶皱且光泽度降低。39539基因被沉默后,飞蝗的异常率达到了90%,其中13.3%的飞蝗在蜕皮过程中死亡,76.7%的飞蝗蜕皮后出现腿部和翅的异常,成虫上颚硬度下降45.0%,上颚的锯齿部位出现严重变形。30044基因被沉默后,飞蝗的异常率达到了83.3%,这些飞蝗蜕皮后出现翅的异常,上颚表面光泽度降低,在硬度上并未检测出明显变化。30387基因被沉默后,飞蝗的异常率达到80%,蜕皮后都表现出翅和腿的异常,上颚表面光泽度下降,硬度无变化。