东方粘虫Mythimna separata（Walker）和草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda（J.E.Smith）同属鳞翅目（Lepidoptera）夜蛾科（Noctuidae）昆虫,是危害玉米的重要害虫,已被纳入《一类农作物病虫害名录》。随着杀虫剂的不断使用,使两种害虫的抗药性日益增强,因此迫切需要寻求新的绿色防控手段。本研究基于观察东方粘虫与草地贪夜蛾幼虫在玉米植株上表现出不同的取食模式,且解剖学实验显示东方粘虫与草地贪夜蛾幼虫的上颚发育及结构具有差异。因此进一步寻找介导幼虫上颚发育的基因并明确其对取食行为的影响尤为关键。已有研究表明Hox基因Deformed（Dfd）在昆虫头部附肢发育中具有重要作用,在此背景下,本实验成功鉴定并克隆出两种昆虫Dfd基因完整开放阅读框,并通过RT-qPCR技术检测Dfd基因在两物种的时空表达,通过RNAi技术体系沉默Dfd基因,以明确该基因在东方粘虫与草地贪夜蛾幼虫上颚发育中的功能及对幼虫取食行为产生的影响。研究结果不仅为研究两种害虫的取食行为提供更广泛的认知基础,也有助于为研发靶向上颚发育的分子靶标、围绕害虫取食行为调控制定害虫防控新技术提供新思路。主要研究结果如下:1.东方粘虫与草地贪夜蛾幼虫取食行为的差异东方粘虫与草地贪夜蛾幼虫在玉米中表现出不同的取食模式。在田间玉米幼苗上,二者1龄幼虫在叶片表皮取食叶肉形成窗口状危害,草地贪夜蛾2-6龄幼虫取食玉米心叶,而东方粘虫低龄幼虫取食玉米心叶,高龄幼虫则沿叶片边缘开始取食并形成缺刻状危害。两种幼虫对玉米叶片取食能力测试结果表明,草地贪夜蛾1-6龄幼虫均可从叶片表面取食形成窗口状危害,而东方粘虫高龄幼虫仅能沿叶片边缘取食成缺刻状危害。固定叶片边缘使幼虫无法接触叶片边缘情况下的取食结果表明,草地贪夜蛾6龄幼虫在叶片表面取食形成一个孔洞,而东方粘虫6龄幼虫不能在叶片表面取食。2.东方粘虫与草地贪夜蛾幼虫上颚的形态差异东方粘虫与草地贪夜蛾幼虫均为咀嚼式口器,上颚发达,在取食行为中发挥重要作用。草地贪夜蛾1-6龄幼虫上颚外缘均具有4个明显尖锐的切齿叶,而东方粘虫1-3龄幼虫上颚具有4个明显切齿叶,4-5龄幼虫上颚切齿叶变少,6龄幼虫上颚不具齿,变得较为钝平且坚硬。此外,对18种鳞翅目昆虫上颚形态与取食模式的比较结果表明,切齿叶是幼虫进行钻孔或叶片表面取食所必需的,否则幼虫则表现为边缘取食模式。3.MsDfd与SfDfd基因克隆与序列分析从东方粘虫与草地贪夜蛾中鉴定并克隆了Dfd基因,二者的开放阅读框均编码394个氨基酸。蛋白质序列比对显示,MsDfd和SfDfd包含同源框结构域,彼此具有98.7%的相似性,具有相似的预测蛋白质结构。系统发育分析表明,MsDfd和SfDfd聚集成一个分支,与其他鳞翅目昆虫Dfd基因关系密切。4.利用RT-qPCR解析MsDfd与SfDfd基因的时空表达模式RT-qPCR结果显示,MsDfd在东方粘虫4龄幼虫头部、腹神经索、脑和上颚的表达水平显著高于其他组织。不同的是,SfDfd在草地贪夜蛾4龄幼虫头部高表达,但在上颚低表达。MsDfd和SfDfd均在卵期高表达。在3-6龄幼虫上颚中,MsDfd在东方粘虫3龄幼虫上颚的表达水平显著高于4-6龄幼虫上颚,SfDfd在草地贪夜蛾3、5和6龄幼虫上颚的表达水平无显著差异。5.利用RNAi研究MsDfd与SfDfd基因在幼虫上颚发育和取食中的作用利用显微注射法对3龄幼虫进行Dfd基因的RNAi研究。结果表明,注射ds RNA后,3龄幼虫中的MsDfd和SfDfd基因均被沉默,24 h后表达量分别下调43%和75%。与注射ds GFP的对照组相比,注射ds MsDfd的东方粘虫3龄幼虫蜕皮至4龄后,幼虫的上颚变的更短、更薄、更平,且这些幼虫难以在叶片表面取食。不同的是,注射ds SfDfd的草地贪夜蛾幼虫上颚没有表现出异常,可以像对照组幼虫一样在叶片表面取食并形成孔洞状危害。此外,比较了饲喂ds RNA对两种昆虫初孵幼虫死亡率的影响,统计发现取食ds MsDfd的东方粘虫幼虫在24 h、48 h和72 h的死亡率分别为23.33%、27.78%和28.89%,显著高于取食ds GFP的对照组,而草地贪夜蛾幼虫在不同时间点的死亡率与对照组相似。