昆虫表皮碳氢化合物（Cuticular hydrocarbon,CHC）是沉积于昆虫表皮最外层的长链烷烃或烯烃类物质,在昆虫保水耐旱以及化学通信中具有重要生物学意义。昆虫CHC具有种内多样性和高度可塑性特征,昆虫碳氢化合物（HC）合成途径中的不同催化合成步骤是CHC产生变异的关键决定性因素,而昆虫中关于CHC变异的分子基础尚未系统研究;此外,昆虫CHC普遍存在性二型特征,而昆虫CHC性二型形成的关键分子调控机制以及CHC性二型的生物学意义尚未得到深入研究。德国小蠊（Blattella germanica）CHC仅包含饱和烷烃,其种内多样性仅反映于碳链长度和甲基支链模式,因此德国小蠊是研究CHC变异分子基础的良好实验材料。本研究以半变态昆虫德国小蠊为模式,依赖其基因组学和转录组学数据,利用RNAi筛选和气相色谱–质谱联用仪（GC–MS）研究了德国小蠊脂肪酸合成酶基因家族（BgFas）和脂肪酸碳链延长酶基因家族（BgElo）基因,鉴定了参与德国小蠊HC合成的关键BgFas和BgElo基因,揭示了相关基因在德国小蠊CHC变异中发挥的重要调控作用,并籍此进一步探索了德国小蠊HC在保水耐旱和两性交配中发挥的生物学功能。本研究取得的主要研究结果如下:1.鉴定了德国小蠊中参与碳氢化合物合成的脂肪酸合成酶基因脂肪酸合成酶（FAS）是生物体脂类物质合成的关键酶类。结合德国小蠊基因组数据和三代转录组数据共鉴定了7个编码脂肪酸合成酶基因（BgFas1–7）的核苷酸序列,生物信息学分析发现德国小蠊脂肪酸合成酶具有FAS的特征结构域;组织表达结果显示其中有四个基因在腹部表皮中高表达;通过RNAi筛选和GC–MS分析发现仅抑制BgFas1的表达可显著降低德国小蠊内外HC的含量,特别是甲基支链HC的含量;而q PCR分析表明BgFas1的表达水平在干旱条件和蜕皮时被诱导上调;最后通过耐旱实验发现BgFas1-RNAi会显著加快体内水分的蒸发,降低德国小蠊对干燥环境的抵御能力。除此之外,我们还发现脂肪体高表达的BgFas2对德国小蠊内部游离脂肪酸和三酰甘油的积累有重要作用;BgFas3对德国小蠊呼吸系统的保水功能具有重要意义。2.德国小蠊中BgElo12和BgElo24基因参与碳氢化合物合成昆虫脂肪酸碳链延长酶（ELO）主要调控昆虫中极长链脂肪酸（VLCFA）及其衍生物的合成,对昆虫正常生命活动具有重要意义。通过生物信息学分析以及分子克隆技术从德国小蠊中共鉴定了24个编码BgElo基因（BgElo1–24）的核苷酸序列;通过组织表达分析发现德国小蠊中共有14个基因于腹部表皮或脂肪体中高表达,暗示该14个基因中存在参与德国小蠊HC合成的基因;通过系统性RNAi筛选发现BgElo12-RNAi和BgElo24-RNAi显著下调德国小蠊内部和表皮HCs,并且BgElo12和BgElo24均具有一定选择性调控特征;进一步通过酵母表达催化发现BgElo12可催化饱和直链二十八烷酸转化为饱和直链三十烷酸,即正构二十九烷烃的前体物质;而BgElo24具有更加广泛的催化活性,可将酵母内源脂肪酸催化为饱和直链二十八烷酸或者三十烷酸,它们分别作为正构二十七烷烃或二十九烷烃的前体物质;最后通过耐旱实验发现,仅BgElo24调控德国小蠊耐旱能力,BgElo12对德国小蠊耐旱能力影响不大。3.基于性别分化基因调控的BgElo12基因维持德国小蠊碳氢化合物性二型碳氢化合物性二型在昆虫中普遍存在,但昆虫中关于HC性二型形成的机制及其生物学意义少见研究。本研究以德国小蠊为研究对象,发现德国小蠊HC性二型的形成与性成熟过程同步,主要表现为雄性C27 CHCs逐渐增多,3,7-;3,9-;3,11-Dime C29逐渐减少,9-;11-;13-;15-Me C29逐渐增多;而雌性始终保持高水平的C29 HCs（特别是接触性信息素前体物质3,11-Dime C29,）以及低水平的C27 HCs。以上结果表明控制碳链长度是调控德国小蠊HC性二型形成的关键因素。进一步通过研究BgElo12和BgElo24的雌雄差异表达,以及比较二者对德国小蠊HC图谱的影响,确定BgElo12是调控德国小蠊HC性二型形成的关键末端合成基因。此外,我们发现雌性HC图谱有利于接触性信息素的合成,通过BgElo12-RNAi使雌性HC图谱雄性化显著降低接触性信息素合成,并影响了雌性的性吸引力。此外,利用RNAi抑制性别分化基因BgTra和BgDsx能使BgElo12的转录水平以及HC图谱向异性转化,通过双荧光素酶报告实验证实雄性特异的Bg Dsx-M可通过与BgElo12上游调控序列互作直接抑制BgElo12的转录。以上研究明确了BgElo12是调控德国小蠊HC性二型形成的末端基因,同时证明BgElo12基因在雌雄之间的差异表达受性别分化基因的调控,从而揭示了德国小蠊HC性二型形成的分子机制。综上所述,本研究系统研究了参与德国小蠊HC合成的BgFas1,BgElo12和BgElo24基因,明确了它们在德国小蠊HC甲基支链引入以及碳链长度控制中发挥的作用,部分阐释了德国小蠊HC变异的分子基础;进一步发现BgElo12是维持德国小蠊HC性二型及雌性高水平接触性信息素的关键基因,并证实BgElo12在雌雄之间的差异表达由性别分化基因调控。此外,本研究通过揭示BgFas1和BgElo24在德国小蠊保水耐旱中发挥的作用,为抑制表皮脂合成来控制害虫提供了新的靶标;最后,研究德国小蠊HC性二型以及接触性信息素合成调控有望为基于性信息素合成调控的新型害虫绿色防控技术提供新思路。