褐飞虱(Nilaparvata lugens St?l)是我国及亚洲很多地区水稻上的主要害虫之一,因刺吸取食、产卵和传播水稻病毒病等行为严重危害水稻生长和产收。褐飞虱具有迁飞性、集群性、易爆发性等特点,使我们的褐飞虱防治工作困难重重。褐飞虱单食水稻汁液,取食结构不平衡,却仍能正常的生长繁殖,这与其体内类酵母共生菌(Yeast-like symbionts,YLSs)的功能密切相关。研究表明,类酵母共生菌能为褐飞虱提供氨基酸、蛋白质、固醇类等必需的营养物质,还能够提高褐飞虱的抗药性、免疫力等以增强褐飞虱对外部环境的适应能力。类酵母共生菌主要分布于褐飞虱的腹部,通过垂直传播的方式在褐飞虱代次间进行传递,即由母代直接传递给子代,但传播的具体机制尚不明了。本研究中,褐飞虱PSMA1(Proteasome subunit alpha type 1)蛋白是26S蛋白酶体复合物20S核心颗粒α环上的一个亚基,在蛋白酶体行使降解或催化等功能的过程中起着重要的作用。现有的研究已经证实,褐飞虱类酵母共生菌在垂直传播开始后,先从脂肪体中释放到血淋巴,再经由卵巢小管上皮栓进入到卵巢,最后再进入到卵母细胞,从而完成传递。在对褐飞虱卵巢小管柄、上皮栓等部位进行转录组测序后发现,PSMA1基因在褐飞虱卵巢小管上皮栓滤泡细胞的表达量是其紧邻细胞的两倍多。为此,本研究设计了一系列实验来研究PSMA1在类酵母共生菌垂直传播过程中的功能。在随后的研究中我们发现,利用RNA干扰技术对PSMA1的表达进行干扰后,褐飞虱的脂肪体结构变化,卵巢发育出现明显的滞后等现象。研究结果概括如下:一、褐飞虱PSMA1基因序列分析及表达特性通过克隆得到褐飞虱PSMA1基因,扩增的序列长度为1897 bp,其开放阅读框长度为846 bp,编码281个氨基酸,预测蛋白大小为30.9 kDa,pI值为6.01。通过氨基酸序列比对及进化树分析,发现PSMA1基因在昆虫中相对保守。利用荧光定量PCR技术对褐飞虱不同发育阶段的PSMA1表达情况进行检测和分析,发现PSMA1在褐飞虱不同发育阶段均有稳定表达。若虫阶段,褐飞虱PSMA1的表达量随着若虫的发育逐渐升高。羽化为成虫后1~5天时,长翅型雌性褐飞虱中PSMA1的表达量随羽化时间增长先逐渐升高,到第3天时达到最高值,随后PSMA1的表达量又逐渐降低。在检测和分析PSMA1在褐飞虱不同组织中的表达量时,发现卵巢中PSMA1的表达量最高,脂肪中的表达量次之,肠道中最少。二、褐飞虱PSMA1基因的RNA干扰及其功能分析人工合成用于显微注射干扰褐飞虱PSMA1基因的dsRNA,对初羽化的褐飞虱长翅雌虫的PSMA1基因的表达进行干扰,首先,与对照组相比,实验组PSMA1的表达量显著降低。其次,与对照组相比,RNA干扰后的实验组褐飞虱卵巢发育滞后7~8天,产卵量减少约35%~40%,且卵的孵化率亦明显降低。除此之外,我们还发现RNA干扰的第2天,与对照组相比,实验组褐飞虱腹部脂肪体结构松散,大量的共生菌胞被释放出来。随后在卵巢成熟卵YLS的计数实验中,发现实验组YLS数量明显多于对照组;在产出后1天卵期的卵YLS的计数实验中,结果也发现实验组YLS数量亦明显多于对照组。由此推测,PSMA1在卵巢发育和YLS的垂直传播中起着重要的作用。