许多植物化合物在其防御植食性昆虫中发挥着重要的作用,而植食性昆虫的解毒酶被认为能有效地处理植物有毒化合物以保持这些昆虫在寄主植物上生存。然而,关于植物有毒化合物与植食性昆虫解毒酶互作的分子机制及其控制害虫种群潜在应用等方面研究与报道并不多。因此,本项研究以褐飞虱重要解毒酶如谷胱甘肽硫转移酶（glutathione S-transferase,GST）和羧酸酯酶（carboxylesterase,CarE）与水稻次生化合物芦竹碱（gramine）和阿魏酸（ferulic acid）为对象,从化合物对褐飞虱毒性、昆虫GST和CarE活性及基因表达诱导,以及相关基因RNA干扰（RNA interference,RNAi）影响褐飞虱对化合物敏感性等方面研究了 GST和CarE基因与这两种水稻化合物之间的互作关系,同时,通过植物介导GST基因干扰进一步证实褐飞虱解毒酶基因的持续干扰对其种群调控和水稻植株的保护作用。结果表明,褐飞虱取食芦竹碱和阿魏酸3d后,其死亡率与化合物浓度呈显著的正相关,芦竹碱LC50为14.99 μg/ml,阿魏酸LC25和LC50分别为5.81 μg/ml和23.0μg/ml。两种化合物的低浓度（<LC50）均可以诱导褐飞虱GST活性,且诱导的褐飞虱GST活性均依赖化合物浓度变化。此外,低浓度阿魏酸（<LC50）也显著诱导褐飞虱CarE活性。两种水稻化合物对褐飞虱GST或CarE基因表达具有显著的影响。非致死剂量芦竹碱（2.0和3.0 μg/ml）能显著诱导GST家族除NlGSTD1以外的7个GST基因（NlGST1-1、NlGSTD2、NlGSTE1、NlGSTO1、NlGSTS1、NlGSTS2、NlGSTT1）的转录水平。阿魏酸（2.0、4.0 和 8.0 μg/ml）显著诱导NlGSTD1和NlGSTE 1表达水平,但4.0和8.0μg/ml阿魏酸则抑制CarE基因NlCE转录水平。在GST基因干扰与酶活性关系研究中发现,在研究褐飞虱GST家族8个基因中,3个基因（MGST1-1、NlGSTD2和MGSTE1）沉默显著降低了褐飞虱GST活性,且在基因干扰下,NGST1-1、NlGSTD2或NlGSTE1基因表达水平均与褐飞虱体内GST活性显著相关。同样,NlCE沉默显著降低NlCE相对表达量和CarE活性。褐飞虱解毒酶基因干扰影响其对有毒化合物的敏感性。当干扰GST家族8个基因后,除NlGSTO1外,其他7个GST基因显著增加褐飞虱对芦竹碱的敏感性。与仅饲喂芦竹碱的褐飞虱相比,取食NlGST1-1、NlGSTD1、NlGSTD2、NlGSTE1、NlGSTS1、NlGSTS2 或 NlGSTT1 dsRNA后,再喂食芦竹碱时,褐飞虱若虫死亡率分别增加3.28、2.44、2.51、2.99、2.15、2.95或2.62倍。同样,与仅饲喂阿魏酸的褐飞虱相比,取食NlGSTD1、MGSTE1或NlCE dsRNA后,再喂食阿魏酸,其死亡率分别增加92.85%、119.85%或124.58%。通过选择GST家族NlGST1-1构建干扰和表达载体,并成功在转基因水稻株系重要器官和组织中表达。采用Northern blotting检测发现,转基因植株体内能正常表达NlGST1-1 dsRNA。使用T1代转基因品系植株gst651和gst426生物测定表明,与对照品系Ctrl相比,取食gst651和gst426品系的褐飞虱若虫NlGST1-1表达水平、GST活性、平均生长率及其成虫繁殖率分别降低22.92%-44.97%、1 1.56%-26.08%、12.23%-21.1 1%和25.20%-26.13%,并且在gst651、gst426和Ctrl（对照）品系植株上接种褐飞虱初孵若虫（20头/株）取食21天后,转基因水稻gst651、gst426株系仍然保持生长活力,而Ctrl植株的茎叶全部枯死。由此可见,水稻植株介导的GST基因干扰能有效地抑制褐飞虱生长发育和种群发展,并保护了寄主植物免受害虫的危害。综上所述,本项研究表明,水稻芦竹碱和阿魏酸均是对褐飞虱有毒的植物化合物,能诱导GST和CarE家族基因的表达和酶活性。褐飞虱体内GST活性只与GST家族的少数基因表达密切相关。GST和CarE家族部分基因干扰能增强褐飞虱对植物有毒化合物的敏感性。水稻介导褐飞虱GST基因干扰不仅能有效地抑制褐飞虱生长发育和种群发展,而且可以保护寄主植物免受害虫的危害。因此,我们的研究为深入了解植食性昆虫对寄主植物的适应性机制提供科学依据,也为发展环境友好的刺吸式害虫控制策略提供了新的途径。