蛾类昆虫的性信息素通讯具有高度的灵敏性和种特异性,除人工仿生合成的性信息素被开发应用于害虫防治外,性信息素感受相关的蛋白（基因）有望作为靶标被用于新型害虫行为调控技术的开发。性信息素结合蛋白（Pheromone binding protein,PBP）是存在于触角嗅觉感器中的一类小分子水溶性蛋白,组织表达谱及体外研究推测,其主要功能是运输脂溶性的性信息素分子穿过感器腔中的水溶性淋巴液到达感受神经树突膜表面的受体（Olfactory receptor,OR）,因而在性信息素的感受中起重要作用,但由于技术限制,很少有活体功能研究予以证实。CRISPR/Cas9系统是近年发展起来的一种高效的基因编辑技术,已成功应用于一些昆虫基因的功能研究,为PBP的活体功能研究提供了可能。此外,性信息素作为一种重要的绿色防治技术,已在棉铃虫的种群测报和防治中得到应用,但效果在不同地理区域间往往不大稳定。这种不稳定的原因可能是多方面的,包括生物因素（如害虫地理种群、发生代次、寄主植物类型等）和非生物因素（温、湿、光照）,而在生物因素中,地理种群间的差异值得重点研究。针对上述两个问题,本文首先将CRISPR/Cas9系统应用于棉铃虫PBP活体功能研究,成功获得了 PBP1被敲除的棉铃虫突变个体,并发现PBP1突变个体对棉铃虫性信息素组分的EAG反应显著降低（幅度达40%以上）,首次活体证实了 PBP1在棉铃虫性信息素感受中的重要作用。在不同地理种群性信息素通讯系统的比较研究中,从雌蛾腺体中各性信息素组分的含量及比例、雄蛾对不同比例性信息素二元诱芯的行为反应（诱蛾量）两方面进行分析,发现棉铃虫性信息素通讯系统在不同地理种群间基本稳定,但比较而言,新疆地区的雄蛾引诱量与诱芯中组分比例的关系和其他种群不同。为进一步探讨雄虫感受性信息素差异的分子机制,对不同地理种群PBP基因（PBP1和PBP2）的核苷酸多样性和遗传分化进行了分析,分子差异度和核酸聚类分析表明PBP基因在种群间没有明显分化,但基于遗传距离进行的PCoA分析显示新疆沙湾种群同其他种群明显分开。本文结果对于深入研究棉铃虫性信息素通讯的机制及相关基因的遗传分化,从而更好地利用性信息素进行害虫防治,具有重要的指导意义。主要结果总结如下:1.棉铃虫性信息素结合蛋白PBP1的功能研究同其他蛾类昆虫一样,棉铃虫存在3个不同的PBP基因,且组织表达谱及体外配体结合实验表明PBP1的作用更为重要,因此我们选取PBP1基因对其进行活体功能研究。首先利用软件在PBP1基因上筛选获得一个靶标位点,据此设计并体外转录合成sgRNA,同时合成Cas9mRNA。然后利用显微注射技术,将Cas9-mRNA和PBP1-sgRNA的混合液注射到新产的棉铃虫卵中（产后4h内）,24h后随机抽取20粒卵进行限制性内切酶酶切检测,结果发现突变率达到36.9%（后续对成虫个体DNA测序,突变率高达86.7%）;进一步对DNA的TA克隆和测序发现,PBP1基因靶位点发生多种插入或缺失突变类型,其中有一个突变类型是插入两个碱基,这导致PBP1蛋白整个氨基酸翻译提前终止,最终只翻译10个氨基酸（完整的PBP1蛋白有143个氨基酸）。对该突变类型进行单对系筛选,获得稳定遗传的突变个体,并用EAG检测方法测定了 PBP1突变个体在性信息素感受中的作用。结果显示,纯合突变雄虫对棉铃虫3种性信息素组分（Z11-16:Ald、Z9-16:Ald和Z9-14:Ald）的EAG反应均显著降低,降低幅度在40%以上;杂合突变个体同样对3种性信息素组分的反应显著降低,但幅度低于纯合突变雄虫。本研究首次在活体内证明了棉铃虫PBP1在3个性信息素组分感受中的重要作用,同时为利用CRISPR/Cas9基因编辑技术对其他基因的功能研究提供了方法参考。2.棉铃虫不同地理种群性信息素通讯系统的比较为探讨棉铃虫性信息素诱芯在不同地区间不稳定的原因,2013-14年,我们采集河南安阳、江苏大丰、山东惠民、湖北荆州、河北南皮、山东汶上和高阳、河南夏津及新疆沙湾共9个地理种群的棉铃虫,利用腺体浸泡法提取棉铃虫腺体的性信息素组分,用气相色谱检测2个主要性信息素组分（Z11-16:Ald和Z9-16:Ald）的含量和比例（Z11/Z9）。结果表明,虽然2个性信息素组分的含量在不同地理种群间变化较大,但两者间比例基本稳定。根据雌蛾腺体中Z11/Z9的变动范围并结合田间防治中使用的Z11/Z9比例,配制99:1到90:10共4个不同比例的诱芯,在河南安阳、山东惠民和新疆昌吉进行田间雄蛾诱捕实验。结果发现,安阳和惠民种群的诱捕量在不同比例诱芯间均没有显著差异,但昌吉种群的诱蛾量随Z11/Z9比例的降低而增高,且90:10比例诱芯的诱蛾量显著高于99:1比例的诱芯。综合分析认为,不同棉铃虫种群间的性信息素通讯系统基本一致,地理种群差异并非性信息素田间效果不稳定的主要原因。3.棉铃虫不同地理种群PBP基因的多态性分析为探索不同地理种群在性信息素感受方面的遗传变异,采集自冀、鲁、豫、鄂、新的6个棉铃虫田间种群及1个室内种群,针对性信息素感受中起重要作用的PBP基因,就基因编码区序列的核苷酸多样性和遗传分化进行了分析。其中,单倍型网络遗传关系显示,除个别单倍型（PBP1有6个,PBP2有4个）为两个种群共享外,其他单倍型（PBP1有77个,PBP2有45个）只存在于某一个种群,且一个种群的单倍型四散分布,没有形成明显的地理种群簇。分子差异度结果（AMOVA）表明,PBP在种群内的差异度明显高于种群间,其中PBP1种群间差异度为10.13%,种群内差异度为89.87%,分化系数Fst为0.1013;PBP2种群间差异度为18.77%,种群内差异度为81.23%,分化系数Fst为0.1877。核苷酸序列聚类分析结果显示,来自同一种群的个体并未聚集在一起（室内种群除外）。上述结果说明,6个田间种群间没有形成明显的遗传分化。然而,根据种群遗传距离进行主坐标分析（PCoA）显示,虽然PBP2在种群间分组不明显,但PBP1被明显分为3组（室内种群和沙湾种群分别为一组,其他5个种群为一组）,说明新疆种群和其他田间种群间形成了一定的遗传分化,该结果与各种群的地理分布一致。