稻飞虱（褐飞虱Nilaparvata lugens、白背飞虱Sogatella furcifera和灰飞虱Laodelphax striatellus）是中国等亚洲国家水稻上的重要害虫,对粮食安全造成严重危害。稻飞虱是典型的翅二型昆虫,长翅型个体擅长迁飞,有助于种群的扩散;短翅型个体具有较强的繁殖能力,帮助种群迅速扩增。深入了解其遗传背景,阐明翅型分化的调控机制对研发有效的飞虱防控策略具有重要意义。由于先前报道的三种稻飞虱基因组主要采用二代测序技术,拼接质量较低,碎片化问题严重。本论文综合利用三代测序技术和Hi-C技术对三种稻飞虱基因组进行了重新测序和组装,获得了染色体水平的基因组序列,显著提升了基因组拼接质量,分析了稻飞虱的染色体进化规律。在此基础上,系统地研究了miRNA调控褐飞虱翅型分化的分子机制。主要工作如下:1.三种稻飞虱染色体水平基因组分析由于先前发表的褐飞虱基因组测序较早,组装质量偏低,影响了后续分析。为此,利用PacBio技术重新测序,组装获得了新版本的褐飞虱基因组。基因组大小为1,087 Mb,N50由357 Kb提升至589 Kb,BUSCO评估值由81%提升至95.9%,基因组拼接质量显著提升。根据三种稻飞虱的核型信息,利用Hi-C辅助组装技术,将重新组装的褐飞虱基因组、已发表的白背飞虱与灰飞虱基因组均提升至染色体水平。褐飞虱、白背飞虱与灰飞虱的染色体水平基因组大小分别为1,088 Mb,656.8 Mb以及541.2 Mb,包含15条、14条以及14条染色体序列,注释得到24,901、15,929以及16,412个蛋白编码基因。相较于先前发表的版本,基因组N50与BUSCO评估值均明显上升,基因组完整度显著提高。褐飞虱基因组大小为1 Gb左右,明显大于白背飞虱和灰飞虱。分析发现,褐飞虱基因组中重复序列比例为56.78%,远高于白背飞虱的36.05%与灰飞虱的26.00%,这可能是褐飞虱基因组更大的原因之一。褐飞虱中有8,595个特异性基因,约占其基因总数的34.52%,也明显多于白背飞虱和灰飞虱。共线性分析显示,三种稻飞虱染色体之间总体上呈现较好的共线性关系,局部出现染色体融合以及分裂的现象。研究结果明确了三种稻飞虱基因组的基本特性及染色体的进化关系,为半翅目昆虫染色体水平基因组的测序和组装提供了技术参考,也为深入研究稻飞虱的重要生物学问题提供了重要的数据支撑。2.稻飞虱性染色体的进化分析三种稻飞虱均为头喙亚目飞虱科的昆虫,白背飞虱与灰飞虱的性别决定体系为XX/X0型,但褐飞虱却为XX/XY型。利用雌雄虫基因组的重测序数据及飞虱的染色体信息,成功鉴定了褐飞虱的X和Y染色体,以及白背飞虱与灰飞虱的X染色体,比较分析了不同飞虱性染色体上基因功能的异同。为了获得更完整的褐飞虱Y染色体序列,利用三代原始测序数据与重测序数据,从头组装了褐飞虱Y染色体。新组装的Y染色体长度为15.3 Mb,而Hi-C辅助组装获得的Y染色体序列仅为10.5 Mb,表明三代测序技术在组装重复序列较多的性染色体上具有一定的优势。由于头喙亚目祖先的性别决定方式为XX/X0型,褐飞虱应在物种分化后获得了Y染色体。Y染色体一般被认为来源于常染色体,因此与其他染色体应具有同源片段序列。但分析发现,褐飞虱Y染色体与其他染色体之间不存在同源序列,因此褐飞虱Y染色体并非经典的常染色体进化起源。研究结果成功鉴定了三种稻飞虱的性染色体,分析了性染色体的进化规律,为头喙亚目昆虫的性染色体进化机制研究提供了新思路。3.miRNA调控稻飞虱翅型分化的机制翅二型现象是一种重要的昆虫可塑性表型,受胰岛素、保幼激素等不同因子的调控。但是,作为重要的转录后调控因子,miRNA是否参与调控褐飞虱翅型分化,仍不清楚。为此,收集了5个不同龄期的褐飞虱长、短翅种群的若虫样本,进行了小RNA测序以及miRNA注释,共预测发现了503个miRNA,其中122个在长、短翅种群中有差异表达,主要分布在四个龄期,其中,94个在1龄,5个在3龄、56个在4龄以及66个在5龄。对差异表达miRNA进行了靶标预测、靶基因的功能注释及富集分析发现,miRNA通过作用于多个通路实现对褐飞虱翅型分化的调控。分析发现,Nlu-miR-34-5p靶向胰岛素信号通路中的NlInR1,重点研究了此miRNA的调控功能。结果表明,3龄若虫中过表达Nlu-miR-34-5p能够显著抑制靶标基因NlInR1的表达,成虫的短翅型个体比例明显上升。单独干扰Nlu-miR-34-5p,无明显的表型变化;但同时干扰NlInR2和Nlu-miR-34-5p后,能够显著提高成虫的长翅型个体比例。研究结果揭示了miRNA调控稻飞虱翅型分化的机制,有助于深入理解昆虫表型可塑性的分子调控机理。