在组学水平研究灰飞虱若虫滞育的调控蛋白

Diapause is an important developmental process in insects. At present, the different life stages diapauses regulated by nerve-hormonal system, hormone signaling pathway, and energy metabolism pathway and clock gene. Besides of the regulated factors that reported above, none of results about positive and negative proteins and molecular regulation networks that involved in the nymph diapauses have showed yet. The research objects focusing on Laodelphax striatellus, the major pest of graminaceous plants. First, the regulated proteins affected the nymph diapauses will be acquired through iTRAQ. Second, the function of regulated proteins will be verified in Laodelphax striatellus, and RNA-seq transcriptome analysis after RNAi knockdown of the key proteins. The last, the molecular regulation networks of the key proteins will be established preliminarily. The projects will rich the regulation mechanism of insect diapauses in theory, and also are provide the new target resources on pest control.

滞育是昆虫的重要生理过程之一。目前，关于昆虫不同滞育虫态的调控研究主要集中在卵、蛹和成虫的神经-激素系统、激素信号通路、能量代谢通路、生物钟基因等方面。除了上述已有报道的调控因子，目前尚未有文献报道若虫滞育的正、负调控蛋白及分子调控网络。本项目以禾本科植物害虫灰飞虱为研究对象，首先利用定量蛋白组学iTRAQ技术筛选影响灰飞虱若虫滞育的调控蛋白，然后对筛选到的重要蛋白在灰飞虱活体上进行功能验证，并将功能显著的蛋白RNAi干涉后进行RNA-seq转录组研究，最后初步构建其滞育功能的分子调控网络。该项目不仅可以在理论上丰富昆虫滞育的调控机制，而且可以为害虫控制提供新的靶标资源。

滞育是昆虫适应环境变化、逃避不利环境条件的重要生理过程之一，同时也是经济昆虫的开发利用和农业害虫的防治的理想对策。本项目以禾本科植物害虫灰飞虱为研究对象，通过室内不同光温的组合调控，进行了灰飞虱若虫滞育的诱导和终止试验，并结合灰飞虱的野外田间调查，确定了其在华东地区稻麦轮作区的主要以3-5龄若虫滞育越冬，其中以4龄若虫为主。同时根据其若虫滞育的发育历期变化，制定了其若虫群体滞育的标准，根据这一标准，基本确定了20℃、10L:14D的条件下其若虫发育历期明显延长，3龄为其滞育诱导的敏感虫态期，并在整个灰飞虱若虫滞育诱导过程中起到关键作用。随后进行了滞育终止试验，发现在25-28℃，16L:8D条件下可以在短时间内终止滞育，进入发育阶段。随后也进行了不同代谢酶活水平的验证，发现滞育发生期其海藻糖酶、丙酮酸激酶、山梨醇酶分别出现了46.46%，37.90%和17.64%的下调。这些结果表明灰飞虱是一种明显的低温短光照滞育型。随后通过（非）滞育的灰飞虱4龄若虫的RNA-seq转录组和TMT定量蛋白组的鉴定，发现了许多与若虫滞育相关的基因和蛋白。我们将两个组学数据整合分析后发现了有10个基因/蛋白在mRNA和蛋白水平同时出现了差异表达，其中包括4个同时上调和6个同时下调的基因/蛋白，我们分别从其中选取了保幼激素酸甲基转移酶JHAMT和细胞色素氧化酶P450Shd基因开展了进一步研究。我们在体外分别合成了这两个基因的dsRNA，发现当注射dsLsJHAMT后，显著降低了保幼激素JHIII的滴度，同时使处于滞育状态的若虫发育历期显著缩短；当注射dsLsShd后使处于非滞育状态的若虫发育历期显著延长。在此基础上初步构建了关于灰飞虱若虫滞育的激素分子调控模型。本研究首次利用组学技术全面鉴定、筛选了灰飞虱若虫滞育的相关调控蛋白（基因），并通过RNAi技术验证了部分调控蛋白（基因）的功能，并初步构建了关于灰飞虱若虫滞育的激素分子调控模型。不仅为研制防控灰飞虱的dsRNA类杀虫剂提供了新的靶标基因资源，并丰富昆虫滞育的分子调控理论，特别是若虫滞育调控机制。