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昆虫的复眼角膜表面存在凸起结构,具有抗反射、防水等功能,常被用作仿生材料模型。此前的研究主要集中在对角膜凸起结构的物理性能探索,并通过生物化学手段合成仿生材料等,但制备此类仿生材料较为困难且造价高昂。因此通过探究角膜凸起结构形成的机制,有益于用生物学方法制备环境友好型且具有优良物理性能的仿生凸起膜材料。目前对揭示角膜凸起结构的分子机理的研究甚少,有研究者通过质谱在家蚕和野桑蚕角膜中鉴定到主要的表皮蛋白但没有提供进一步证据。斜纹夜蛾是鳞翅目夜蛾科昆虫,在野外生存能力强,可长距离迁飞,并具有较好的夜视能力。家蚕同为鳞翅目昆虫,经人类几千年的驯化,视觉能力较弱。表皮蛋白是重要的结构蛋白,对维持昆虫正常生命活动具有重大意义。本研究首先分析斜纹夜蛾与家蚕角膜凸起结构的差异,然后筛选参与斜纹夜蛾复眼角膜凸起结构形成过程的关键表皮蛋白基因进行功能初探。最后尝试利用表皮蛋白在体外合成具有类蛾眼凸起结构的生物膜。研究结果将为角膜凸起结构形成机理提供线索,为合成环境友好型的仿生类蛾眼角膜凸起结构的生物膜提供理论参考。主要研究结果如下:1.斜纹夜蛾与家蚕复眼凸起结构的形态学观察使用扫描电镜和原子力显微镜对斜纹夜蛾和家蚕复眼角膜凸起结构进行观察,结果显示,斜纹夜蛾的角膜凸起结构较为致密规则,每个凸起的形状基本重合,凸起高度为200 nm到250 nm,宽度为0.2μm;家蚕的角膜凸起结构呈不规则迷宫状凸起,每个凸起的形状各异,凸起高度为10 nm到20 nm,宽度为0.4μm。说明斜纹夜蛾的角膜凸起结构与家蚕存在显著差异。对两者复眼及角膜凸起结构生长发育情况进行观察,发现斜纹夜蛾复眼在蛹5天时开始发育,蛹8天发育完全,其角膜凸起结构从蛹6天开始发育,蛹8天形成坚硬致密的凸起结构;家蚕复眼在蛹4天开始发育,其角膜凸起结构从蛹5天开始发育,蛹7天形成凸起结构。使用接触角测量仪测定斜纹夜蛾和家蚕复眼表面的疏水性能结果显示,家蚕复眼表面的接触角在60°到110°之间,而斜纹夜蛾复眼表面的接触角在100°到150°之间,表明与家蚕相比,斜纹夜蛾复眼表面的疏水性较强。2.斜纹夜蛾与家蚕角膜中蛋白的鉴定与分析通过蛋白质组学方法分析角膜凸起结构的组成成分,在斜纹夜蛾角膜中共鉴定到3463个蛋白,其中表皮蛋白101个,包含CPR家族56个,CPH家族12个,CPG家族13个,其他家族的表皮蛋白有20个;家蚕角膜中共鉴定到1625个蛋白,其中表皮蛋白90个,包含CPR家族52个,CPH家族20个,CPG家族13个,其他家族表皮蛋白6个。同时在角膜中鉴定到与硬化黑化相关的酶,包括漆酶（Laccase）、过氧化物酶（Peroxidase）、酪氨酸羟化酶（Tyrosine hydroxylase,TH）、多巴脱羧酶（Dopa decarboxylase,DDC）和N-乙酰基转移酶（Acetyltransferase,aa NAT）。根据LC-MS/MS和RNA-seq数据,鉴定出在斜纹夜蛾角膜中高表达且富含组氨酸的表皮蛋白,并选择表达量高的CPR家族基因SL＿Aki-164、CPH家族基因SL＿Aki-278、CPG家族基因SL＿Aki-184以及SL＿Aki-90进行功能探究。3.斜纹夜蛾候选表皮蛋白基因的功能初探对组学筛选到的四个表皮蛋白进行组织和时期表达特征分析,结果显示SL＿Aki-164在蛹期第5天开始表达,第7天达到表达高峰,之后表达量急剧降低,直至几乎不表达;SL＿Aki-278在蛹期第4天开始表达,蛹期第6天时达到高峰,之后表达量逐渐降低,到第10天几乎不表达;SL＿Ak-i184和SL＿Aki-90表达模式相似,均在蛹期第5天开始表达且表达量最高,随后表达量降低。整体上看,这四个候选基因高量表达的时期与复眼角膜凸起结构形成时期保持一致。利用RNAi沉默SL＿Aki-164和SL＿Aki-278基因后,角膜凸起结构出现紊乱,主要表现为几个凸起结构粘连在一起、凸起变为迷宫状,即凸起高度和宽度发生极其显著变化。而沉默SL＿Aki-184以及SL＿Aki-90基因后无明显表型。免疫荧光和免疫胶体金结果显示,SL＿Aki-278定位在角膜凸起上,SL＿Aki-164定位在角膜凸起的基部。综上,表皮蛋白SL＿Aki-164和SL＿Aki-278在构建角膜凸起结构过程中具有作用。4.仿蛾眼角膜凸起结构生物膜的制备通过原核表达成功在体外获得重组蛋白SL＿Aki-164和SL＿Aki-278。进一步将表皮蛋白SL＿Aki-164、SL＿Aki-278分别在体外建立交联反应体系,经SDS-PAGE检测两个蛋白体系都可以形成二聚体和多聚体,表明成功交联。在孵育两小时后形成了生物膜。显微镜、扫描电镜和原子力显微镜观察,结果显示SL＿Aki-164参与体系形成的生物膜较为平整,而SL＿Aki-278参与体系形成的生物膜表面具密集的颗粒状凸起,形状和高度与斜纹夜蛾角膜凸起结构类似,高度约200 nm。与此前物理化学法合成的仿蛾眼凸起结构材料相比,此膜是用生物学方法在体外合成,具有环境友好等优势。