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灰飞虱（Laodelphax striatellus）是亚洲地区重要的农业害虫,广食性,可刺吸取食包括水稻、小麦和大麦在内的诸多禾本科作物,并可在不同寄主作物间转移为害,由此造成作物产量巨大损失。探寻一条安全高效的灰飞虱防治途径是当前开展灰飞虱防控工作的关键环节。昆虫共生菌在昆虫生长发育及繁殖过程中发挥重要的作用,是害虫防治中可开发利用的一类重要资源。为全面掌握灰飞虱体内共生菌的资源状况,以及进一步为后续研究灰飞虱体内共生菌的生态功能以及开发基于共生关系的灰飞虱防控新技术奠定基础,本研究以不同寄主作物来源的灰飞虱种群为研究对象,运用宏基因组和宏转录组技术全面分析了不同发育历期以及不同寄主作物饲养条件下灰飞虱体内共生菌多样性及其差异。具体的研究结果如下:1.不同发育历期的灰飞虱体内共生菌群落结构及种类多样性分析:运用基于16S rDNA和ITS测序的宏基因组策略分别检测了灰飞虱大麦种群1-5龄若虫和雌雄成虫体内共生细菌和共生真菌的群落结构及种类多样性。根据序列相似性对各个样本测序获得的有效序列进行聚类分析,灰飞虱大麦种群1-5龄若虫、雌、雄成虫体内共生细菌（共生真菌）分别获得79（59）、65（89）、62（80）、87（88）、68（78）、55（98）和57（73）个OTUs。基于OTU物种分类分析,所有样本中共生细菌（共生真菌）种类一共覆盖12（3）个门、24（17）个纲、42（31）个目、74（40）个科、139（53）个属和156（71）个种。在门、纲和目分类阶元上,灰飞虱各样本均以变形菌门（Proteobacteria,95.27%-99.94%）、α-变形菌纲（Alphaproteobacteria,89.19%-99.56%）、红螺菌目（Rhodospirillales,23.54%-89.73%）中的细菌为优势共生细菌;均以子囊菌门（Ascomycota,94.28%-98.99%）、粪壳菌纲（Sordariomycetes,56.41%-97.35%）、肉座菌目（Hypocreales,54.97%-95.64%）中的真菌为优势共生真菌。在科分类阶元上,灰飞虱体内优势共生细菌来源于醋酸杆菌科（Acetobacteraceae,23.54%-89.76%）和无形小体科（Anaplasmataceae,7.18%-74.88%）;优势共生真菌为肉座菌目下未鉴定科（Hypocreales unclassified,49.85%-95.38%）和发菌科（Trichocomaceae,0.66%-38.96%）真菌。在属和种分类阶元上,灰飞虱体内优势共生细菌和共生真菌均为未鉴定属种,注释到特定种水平的共生细菌和共生真菌,如贝氏不动杆菌（Acinetobacter baylyi）、嗜麦芽窄食单胞菌（Stenotrophomonas maltophilia）、变幻青霉（Penicillium variabile）和嗜盐梗孢酵母（Sterigmatomyces halophilus）等,丰度普遍较低,均不足2%。多样性指数分析表明灰飞虱2龄若虫体内共生细菌多样性水平最高,雄成虫,3龄若虫,5龄若虫,4龄若虫和雌成虫依次次之,1龄若虫最低;雄成虫体内共生真菌多样性水平最高,4龄若虫,2龄若虫,雌成虫,1龄若虫和5龄若虫依次次之,3龄若虫最低。2.不同寄主作物来源的灰飞虱体内共生菌群落结构及种类多样性分析:通过对新羽化24 h的灰飞虱雌成虫体内细菌16S rDNA和真菌ITS序列进行高通量测序,分别检测了取食大麦（BF）、小麦（WF）和水稻（RF）的灰飞虱种群体内共生菌多样性及其差异。研究结果表明,大麦、小麦和水稻样本体内共生细菌（共生真菌）分别聚类获得48（109）、69（59）和96（52）个OTUs。其中,共有的共生细菌和共生真菌OTU数分别为16和35个。OTU物种分类分析表明BF、WF和RF样本中共生细菌和共生真菌种类组成基本相似,但相对丰度有所不同。BF样本中共生细菌（共生真菌）种类一共覆盖5（5）个门、8（16）个纲、14（29）个目、19（36）个科、27（46）个属和27（56）个种;WF样本中共生细菌（共生真菌）种类共注释到5（4）个门、8（9）个纲、16（11）个目、23（13）个科、30（17）个属和33（20）个种;RF样本中共生细菌（共生真菌）种类一共覆盖5（3）个门、12（9）个纲、23（12）个目、36（14）个科、59（20）个属和63（22）个种。三样本中优势共生细菌均隶属于变形菌门（Proteobacteria,97.49-99.95%）、α-变形菌纲（Alphaproteobacteria,83.84-97.84%）、红螺菌目（Rhodospirillales,6.88-83.94%）。在科和属分类单元上,BF和WF样本均以醋酸杆菌科（Acetobacteraceae,83.95/67.92%）以及该科下一未鉴定属（Acetobacteraceae unclassified,83.94/67.75%）细菌为优势菌,而RF样本中优势细菌为无形小体科（Anaplasmataceae,76.83%）和沃尔巴克氏体属（Wolbachia,76.77%）细菌。在种水平上,灰飞虱体内注释到特定种的细菌丰度普遍极低,均不足5%。三样本中优势共生真菌均为子囊菌门（Ascomycota,94.10-99.88%）、粪壳菌纲（Sordariomycetes,87.78-99.18%）、肉座菌目（Hypocreales,73.08-94.55%）和肉座菌目下的未鉴定科（unclassified,72.62-90.29%）及其未鉴定属（unclassified,72.62-90.29%）和未鉴定种（unclassified,72.63-90.29%）的真菌。通过对Chao1、Shannon和Simpson等Alpha多样性指数进行分析,结果表明BF、WF和RF样本中共生细菌和共生真菌种类均具有较高的丰富度和多样性,且取食不同寄主作物显著影响灰飞虱体内共生菌多样性,RF样本中共生细菌物种丰富度最高,BF最低,而共生真菌种类丰富度从高到低分别为BF>WF>RF。3.灰飞虱体内三种优势共生菌的数量动态分析与验证:利用荧光定量PCR技术（qPCR）分析和验证了不同发育历期以及不同寄主作物饲养条件下灰飞虱体内三种优势菌（Noda菌,Wolbachia菌和Acetobacteraceae菌）的数量动态变化规律。结果显示在灰飞虱的整个生长发育过程中,三种优势菌的数量均存在显著变化。Noda菌的数量在灰飞虱1-3龄期逐渐递增,4龄期数量有所下降,到5龄时数量有所回升,而后在羽化雌虫体内达到最高值。不同寄主作物饲养条件下,在1龄、2龄、5龄和雄成虫四个阶段,灰飞虱体内Noda菌数量存在显著差异。随着飞虱若虫的生长发育,Wolbachia菌的数量稳步增加,在成虫期,其数量急剧增加,且取食水稻的灰飞虱体内Wolbachia菌的数量显著高于取食大麦和小麦的灰飞虱。取食大麦和小麦的灰飞虱体内Acetobacteraceae菌的数量在雌成虫阶段达到最高,若虫阶段菌体数量与雌成虫存在显著差异,且雌成虫中该菌数量明显高于雄成虫。然而,取食水稻的灰飞虱在1-5龄阶段体内Acetobacteraceae菌的数量变化不显著,在成虫期,其数量显著增加,且雄成虫体内菌体数量显著高于雌成虫。本章检测结果与上述基于高通量测序技术的共生菌丰度检测结果基本一致,一定程度上验证了测序结果的准确性。4.不同寄主作物来源的灰飞虱体内共生菌宏转录组构建及基因差异表达分析:采用Illumina HiSeqTM 4000测序平台分别对大麦（SBPH-B）、小麦（SBPH-W）和水稻（SBPH-R）上的灰飞虱雌成虫脂肪体内共生菌进行宏转录组测序,对其进行功能注释等生物信息学分析,获得差异表达Unigene。结果显示,取食麦类的灰飞虱样本之间（即SBPH-B与SBPH-W之间）共生菌差异表达Unigene数目显著低于麦类与水稻样本之间的比较。如SBPH-B与SBPH-W之间呈现3450个（上调1747个/下调1703个）显著差异表达Unigene,而与SBPH-R相比,SBPH-B和SBPH-W样本体内微生物差异表达Unigene分别达32228个（上调10195个/下调22033个）和30659个（上调8646个/下调22013个）。GO功能富集与KEGG pathway富集分析表明差异表达基因的功能与取食寄主作物的种类相关。如GO功能富集分析显示取食大麦和小麦的灰飞虱体内共生菌参与Mycelium development,Structural constituent of ribosome等生物学过程或分子功能的基因表达活跃,而取食水稻的灰飞虱体内共生菌主要参与Transport等生物学过程,且RNA-directed DNA polymerase activity等分子功能相关基因表达活跃。KEGG pathway富集分析表明大麦和小麦饲养条件下灰飞虱体内共生菌主要参与Ribosome、Biosynthesis of amino acids等代谢途径,而取食水稻样本体内共生菌差异基因主要富集于Peroxisome、Amino acid metabolism（如Lysine/Glyine/Serine/Threonine）等代谢通路。