代谢组学是系统生物学的重要组成部分,是对某一生物体组织或细胞在某一特定生理时期或条件下所有代谢产物进行定性和定量分析,以寻找出差异目标代谢物的一种组学研究手段。目前代谢组学研究主要集中在疾病诊断、药物筛选或病理等医学领域,在昆虫对杀虫剂的解毒代谢方面的研究则相对较少。小菜蛾是重要的农业害虫,抗性发展快,已有对小菜蛾抗药性的研究主要集中在解毒酶基因上调、靶标敏感性降低或环境适应等方面,而利用代谢组方法研究代谢改变或信号通路等方面的研究尚未见报道。本文利用代谢组学分析手段,比较氟虫腈抗性品系与敏感品系小菜蛾的代谢组差异,从中挖掘差异代谢物并映射到其对应的代谢通路,在KEGG通路中找到与差异代谢物直接相关的关键酶或蛋白,并结合转录组数据验证其在两品系中的差异表达情况,最后利用RNAi验证该基因对小菜蛾药剂敏感性的影响。主要结果如下:1、小菜蛾代谢物变化通过核磁共振、液质联用仪和气质联用仪的检测,我们在两个品系共14组小菜蛾样品中检测到了 82种差异代谢物。其中氟虫腈抗性品系中有37种代谢物浓度增加,而其余45种代谢物的浓度有所下降。统计学分析表明敏感品系与氟虫腈抗性品系的代谢物轮廓有明显区别,而造成代谢物差异的主要代谢物则包括多个脂肪酸和氨基酸等,涉及谷氨酸代谢、脂肪酸代谢等多条通路。这一结果帮助我们从氨基酸代谢、能量代谢、脂肪酸代谢等方面解释了代谢物变化对小菜蛾的生理意义及潜在解毒机制。2、小菜蛾代谢通路变化上述结果与小菜蛾已知代谢通路匹配后,我们在敏感与氟虫腈抗性品系中筛选了 6条差异通路,通过代谢联络图与KEGG图,我们找到了差异代谢物的代谢网络,在KEGG通路中定位与差异代谢物直接相关的关键酶。结合转录组数据发现,谷氨酸代谢中的两个关键酶在氟虫腈抗性品系内大幅上调表达,分别是L-谷氨酸合成酶和谷氨酸脱羧酶,暗示着它们可能与小菜蛾对氟虫腈的解毒代谢有密切联系。3、RNAi分析谷氨酸脱羧酶(PxGAD))在小菜蛾中的作用利用现有小菜蛾基因组数据库中的谷氨酸脱羧酶基因(Px004382)序列设计引物、克隆和测序,序列分析表明PxGAD具有天冬氨酸转氨酶保守域。利用实时荧光定量PCR检测PxGAD的表达模式,发现其在1龄幼虫和脂肪体中显著高表达。按照测序结果设计引物合成dsRNA,显微注射氟虫腈抗性小菜蛾,经实时荧光定量PCR测定发现小菜蛾幼虫在注射12与24 h后mRNA表达量均有显著下降,说明干扰效果显著。注射dsPxGAD的小菜蛾幼虫,点滴LD20的氟虫腈药剂,结果死亡率显著高于对照组,说明PxGAD可能参与了小菜蛾对氟虫腈的解毒过程。本研究从代谢组学出发,检测了小菜蛾在杀虫剂长时间筛选后的代谢组变化,结合转录组数据,发现了可能参与杀虫剂解毒代谢途径的关键基因。本研究为小菜蛾抗药性研究开辟了全新的途径,也为综合防治小菜蛾及其他重要农业害虫提供了可行的理论依据。