研究背景及科学问题:完全变态昆虫从幼虫经历蛹再到成虫会发生形态重塑,包括幼虫表皮转变为蛹和成虫表皮,翅芽生长外翻成为翅。蜕皮激素（20-hydroxyecdysone,20E）调控变态发育,尽管已有大量研究表明20E促进变态发育,但20E调控变态发育中表皮重塑和翅形成的分子机制尚不完全清楚。本文以重大的农业害虫棉铃虫为模型,通过表皮和翅芽转录组测序,筛选变态期高表达的表皮蛋白和转录因子,研究表皮蛋白和转录因子在昆虫变态发育中表皮形态重塑和翅发育中的功能,揭示蜕皮激素调控表皮蛋白表达进而调控昆虫变态发育中表皮重塑和翅发育的分子机制。在理论上阐明了昆虫变态发育的分子机制,发现新的表皮重塑和翅发育的关键基因,在应用上为害虫控制提供新的靶标基因。研究结果:通过免疫印迹实验发现变态发育中表皮没有发生中肠那样的自噬和凋亡。通过取食期、变态期表皮以及变态期翅转录组分析和qRT-PCR检测,筛选出3个在变态期表皮和翅中高表达的表皮蛋白,在棉铃虫基因组中分别命名为DNA-directed RNA polymerase Ⅱ subunit RPB1-like（Rpb1-like）、Extensin、larval cuticle protein LCP-30（Lcp-30-like）。选择在变态期表达量最高并且上调倍数最多的表皮蛋白Rpb1-like进行后续研究。虫体敲降Rpb1-like后幼虫出现表皮异常、不能正常化蛹、死亡及翅发育异常。说明表皮蛋白RPB1-like参与变态发育中表皮重塑和翅的形成。进一步从转录组中筛选到两个在变态期表皮和翅中高表达的转录因子segmentation protein RUNT-like（Runt-like）和protein OVO-like（Ovo-like）。虫体敲降Runt-like后虫体表皮异常、不能正常化蛹、死亡及翅发育异常,与表皮蛋白Rpb1-like敲降后的表型相似,说明转录因子RUNT-like在表皮重塑和翅的发育过程中发挥着重要的作用。敲降Runt-like后发现表皮蛋白Rpb1-like、Extensin的表达水平下降。说明RUNT-like上调Rpb1-like 和 Extensin 的表达。Luciferase实验结果显示,在20E诱导下,过表达的RUNT-like可以使报告质粒中的蛋白Luciferase-GFP表达,证明20E通过RUNT-like上调Rpb1-like表达。虫体注射20E可上调Runt-like表达,而RNAi敲降蜕皮激素核受体（ecdysone receptor,Ecr）和转录因子叉头框蛋白O（foxhead box protein O,Foxo）后Runt-like的表达水平下降。说明20E通过EcR、FOXO促进Runt-like的表达。结论及意义:1.在变态发育中,表皮没有发生像中肠那样的自噬和凋亡。2.在变态发育中,一系列表皮蛋白显著上调。3.表皮蛋白RPB1-like在变态期高表达,参与表皮和翅的发育。4.20E可通过转录因子RUNT-like诱导表皮蛋白Rpb1-like5’上游序列的转录活性。5.20E通过EcR和FOXO促进Runt-like在变态期表皮和翅中高表达。本文以鳞翅目昆虫棉铃虫为模型,揭示了Runt-like是调控昆虫变态期表皮重塑和翅发育的关键基因,Rpb1-like是参与昆虫表皮重塑和翅发育的重要基因。该研究为20E促进变态发育中表皮重塑和翅发育提供了新的理论知识,为农业害虫防治提供了新的靶标基因。