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烟粉虱Bemisia tabaci隐种MEAM1为世界性重大入侵农业害虫,温室白粉虱Trialeurodes vaporariorum是中国北方重要的设施作物害虫,这两种粉虱给农业经济带来严重损失。粉虱含菌细胞携带原生共生菌Portiera和至少1种次生共生菌。粉虱能够与含菌细胞内共生菌建立互惠共生的关系,这是粉虱危害成灾的基础。然而,这些胞内共生菌基因组退化,丢失许多必需基因。一些粉虱基因在含菌细胞内高表达,可补偿共生菌的代谢功能。此外,粉虱胞内共生菌丢失许多转录因子,缺乏转录调控。基因组退化的共生菌是如何实现必需氨基酸代谢相关基因的调控与表达的尚未明确。研究发现烟粉虱原生共生菌Portiera可以与宿主协作合成必需氨基酸,含菌细胞内的次生共生菌可以与宿主协作合成B族维生素。然而,共生菌与宿主协作合成这些营养物质的分子调控机制尚不清楚。小RNA（small RNA,简称sRNA）可在转录后水平调控基因表达。研究表明昆虫和共生菌的sRNA可调控各自基因的表达,然而sRNA在昆虫-共生菌互作中的作用知之甚少。为了探究sRNA在粉虱-含菌细胞内共生菌互作中的作用,本研究以温室白粉虱和烟粉虱MEAM1为研究对象,通过sRNA测序、差异表达分析和靶标基因预测,定量PCR、双荧光素酶报告、sRNA激活剂注射、基因干扰、生理生化分析、生物学观察等方法,以明确sRNA在调控温室白粉虱叶酸（维生素B9）合成以及烟粉虱MEAM1-Portiera氨基酸合成、代谢和运输中的作用。取得以下研究结果:1.温室白粉虱和烟粉虱MEAM1含菌细胞内共生菌的定位及垂直传播分析在浙江省采集的烟粉虱MEAM1种群携带Portiera、Hamiltonella和Rickettsia的比例以及在辽宁和吉林省采集的白粉虱种群携带Portiera和Arsenophonus的比例为100%或接近于100%,表明这些共生菌在种群中稳定遗传。FISH定位显示,烟粉虱携带的Portiera和Hamiltonella分布于含菌细胞内,而Rickettsia在整个昆虫体腔分布;白粉虱携带的Portiera和Arsenophonus分布于含菌细胞内。微卫星分析表明,辽宁和吉林地区白粉虱头部和含菌细胞的4个微卫星位点具有多态性;白粉虱含菌细胞与头部具有一致的微卫星图谱。这说明白粉虱含菌细胞非母系遗传,与烟粉虱MEAM1的母系遗传不同。然而,在卵巢发育后期,4个含菌细胞钻入白粉虱卵巢,从而介导胞内共生菌的垂直传播,这与烟粉虱MEAM1含菌细胞可介导胞内共生菌垂直传播的方式一样。2.白粉虱miR-1调控phoAB（Alkaline phosphatase A/B）的基因表达影响叶酸的合成通过白粉虱sRNA测序和分析,共鉴定了保守miRNA 12个,前体结构13个;新miRNA 64个,前体结构64个。筛查到11个表达量高的sRNA靶标到4066个基因,其中有24个靶标基因富集到维生素代谢的9个KEGG通路,涉及叶酸合成、硫辛酸代谢、烟酸酯和烟酰胺代谢、一碳循环、泛酸和辅酶A生物合成、核黄素代谢、硫胺素代谢、泛醌和其他萜类醌的生物合成和维生素B6代谢通路的调控。实验室的研究已发现共生菌与粉虱可以协作合成叶酸,其中phoAB基因起到了关键作用。因此,本研究重点关注叶酸合成通路中靶向phoAB基因的miR-1的功能研究。双荧光素酶报告结果证明miR-1能与基因phoAB互作。注射miR-1激活剂后,白粉虱phoAB基因的表达上调,粉虱的叶酸含量升高,共生菌Portiera和Arsenophonus滴度增加,并且白粉虱产卵量增加。这些结果表明,白粉虱miR-1可调控phoAB基因的表达,从而影响叶酸的合成及白粉虱和共生菌的适合度。3.烟粉虱与共生菌Portiera通过sRNAs调控必需氨基酸的合成、代谢和运输与携带Portiera的烟粉虱相比,缺失Portiera的烟粉虱有106个表达上调的和71个表达下调的烟粉虱miRNA,有14个表达上调的和6个表达下调的Portiera sRNA;有220个表达上调的和732个表达下调的烟粉虱基因,有10个表达上调的和23个表达下调的Portiera基因。烟粉虱和共生菌Portiera sRNAs可以调控自己和对方基因的表达。分析发现,（1）烟粉虱miRNAs和Portiera sRNAs可以共同并相互调控烟粉虱基因BCAT（Branched chain amino acid aminotransferase）以及Portiera基因ilv I、his G和car B的表达,影响5种必需氨基酸（Val、Leu、Ile、His和Arg）的合成;（2）Portiera sRNAs可以单独调控Portiera基因aro K和烟粉虱基因dap B、dap F、lys A和arg G的表达,分别影响Phe、Try、Lys和Arg的合成;（3）烟粉虱miRNAs和Portiera sRNAs可以靶向氨基酸合成和代谢途径的不同阶段,即:烟粉虱miRNAs和Portiera sRNAs在氨基酸合成途径的前期阶段靶向Portiera基因,末期阶段靶向烟粉虱基因;烟粉虱miRNA和Portiera sRNAs还可以调控氨基酸代谢基因的表达。综上所述,这些结果揭示了烟粉虱和共生菌的sRNA能以精密协作的方式调控必需氨基酸的合成和代谢,使得宿主与共生菌之间的代谢协作高度协调。同时发现,Portiera sRNAs可以单独调控烟粉虱编码大型中性氨基酸转运蛋白小亚基1基因,烟粉虱和Portiera sRNAs可以调控4种烟粉虱转运蛋白编码的基因和Portiera的L-赖氨酸转运蛋白编码的Lys E基因,证明了烟粉虱miRNA和共生菌sRNAs在调控宿主或共生菌转运蛋白编码的基因上具有重要作用。4.烟粉虱miR-1791-y调控BCAT的基因表达影响支链氨基酸的合成相对于携带Portiera的烟粉虱,缺失Portiera的烟粉虱miR-1791-y表达上调,miR-1791-y的靶向基因BCAT表达下调,提示二者可能存在互作关系。双荧光素酶报告实验显示miR-1791-y可以与BCAT互作。注射miR-1791-y激活剂后,烟粉虱BCAT的表达下调,粉虱的支链氨基酸含量降低,共生菌Hamiltonella和Portiera滴度下降。显微注射ds BCAT沉默烟粉虱BCAT基因后,粉虱的支链氨基酸含量降低,共生菌Hamiltonella和Portiera滴度下降,并且烟粉虱产卵量下降。这些结果表明,烟粉虱miR-1791-y可调控BCAT基因的表达,从而影响支链氨基酸的合成及烟粉虱和共生菌的适合度。本研究明确了共生菌Portiera和Arsenophonus分布于温室白粉虱含菌细胞内并垂直传播,这与共生菌Portiera和Hamiltonella在烟粉虱MEAM1的分布和传播方式相似。证明了温室白粉虱miRNA可调控白粉虱的基因表达进而影响叶酸的合成,烟粉虱miRNA与Portiera sRNAs调控必需氨基酸的合成、代谢和运输,从而影响粉虱与胞内共生菌的共生关系。所得结果不仅揭示了sRNA在粉虱-共生菌互作中的重要作用,还为粉虱的绿色防控提供了新思路。