水稻(Oryza sativa L.)是目前世界上最重要的粮食作物之一,全球有50%的人口以水稻作为主粮,每年人类消耗的卡路里有20%是通过水稻获得,与此同时水稻是用于研究的最重要的模式植物之一。在水稻众多害虫中,褐飞虱(Nilaparvata lugens Stal)是对水稻危害最大的害虫,在亚洲,褐飞虱每年都会使水稻产量造成巨大损失。相对于使用农药,开发具有抗性基因的水稻品种被证明是一种经济环保的策略,自从1969年第一个对褐飞虱有抗性的水稻品种被发现以来,目前已在栽培稻和野生稻中鉴定出27个抗虫基因。但是植物和植食性昆虫是协同进化的,对应于抗性基因,褐飞虱能也进化出相应“生物型”(biotype)克服其抗性。所以对褐飞虱生物型致害机理研究并应用农业上制定控制褐飞虱策略将具有重要意义。本研究采用的致害性生物型Y是本实验室在实验室环境下把生物型1强制在YHY15上饲养多代后逐渐适应YHY15的抗性而形成的新生物型。为了寻找生物型Y致害性基因在染色体上位置,我们先将近交40代以上的生物型1与生物型Y杂交获得F1子代,记录F1子代的存活率与生长率增重值,同时随机挑选F1子代雌雄个体再杂交获得F2代,然后对F2代个体的存活率与生长率表型指标进行鉴定。从存活率和生长率表型在F1、F2群体体的分离情况来看,控制生物型Y在YHY15存活率与生长率致害YHY15的基因并非单基因,有可能为几个显性基因共同作用。对两个F2群体的存活率与生长率致害性QTL进行定位,复合区间作图法(CIM)对褐飞虱在YHY15存活率QTL作图获得3个QTL,其中两个在4号染色体一个在6号染色体,同样用复合区间作图法对褐飞虱在YHY15生长率进行QTL作图获得了3个QTL,两个在2号染色体,一个在11号染色体。本研究为进一步克隆生物型Y致害基因奠定了基础。我们通过代谢组学的方法研究YHY15抗性机制以及生物型1与生物型Y对YHY15抗性的响应。分别收集TN1与YHY15未被褐飞虱取食以及被褐飞虱取食24小时、48小时的叶鞘,其中以未被褐飞虱取食的叶鞘样品作为对照。将收集的叶鞘样品在液氮中研磨后提取代谢物,提取完毕后衍生化上样GC-MS分析。结果表明：代谢物变化依赖于取食时间,同时在抗感水稻材料间也有明显差异,感性水稻的变化比抗性水稻剧烈,表现在如氨基酸和糖类以及一些有机酸在变化数量和幅度上TN1大于YHY15。感性水稻TN1被褐飞虱取食后加速了脂肪酸β氧化,激活乙醛酸途径、糖异生以及GABA旁路,而在抗性水稻YHY15中则是加强糖酵解并激活莽草酸途径加强次生代谢物的合成。以上结果表明抗虫和感虫材料间通过不过同的代谢途径来响应褐飞虱的侵害。对褐飞虱蜜露中的代谢物分析结果我们推测：褐飞虱在取食YHY15后提高对水稻汁液里的氨基酸的吸收,由于受到植物次生代谢物的毒素压力,体内的氨代谢增强。我们又对褐飞虱P450家族基因在适应抗性水稻次生代谢物所起的作用进行了研究,我们得到以下结果：1、GC-MS检测到了了YHY15叶鞘乙醇提取物的一些次生物质,可能会影响褐飞虱取食；2、将添加有乙醇提取物的人工饲料喂食生物型Y与生物型1,结果显示Y型褐飞虱解毒能力强于生物型1；3、RNAi沉默生物型Y褐飞虱P450氧化还原酶基因(NICPR)后会抑制褐飞虱取食YHY15,结果说明P450在生物型Y适应YHY15抗性上可能起作用；4、定量PCR筛选23个褐飞虱P450家族基因获得3个上调基因,我们通过RNAi技术沉默这3个候选P450基因,其中沉默CYP4C61后影响了生物型Y取食说明CYP4C61在生物型Y适应YHY15的抗性上可能起作用；5、RNAi沉默CYP4C61基因的生物型Y褐飞虱喂食了添加有乙醇物提取的人工饲料的存活率低于对照,半定量组织表达分析表明CYP4C61在中肠、脂肪体、唾液腺都有表达,其中脂肪体最高中肠次之,唾液腺最低,说明CYP4C61可能起分解代谢毒性物质的作用并且也可能参与生理代谢；6、序列分析提示两种生物型存在5个氨基酸的差异。CYP4C61全长ORF能通过带有His标签的pET-28a(+)载体和带有GST标签的PGEX-6p-1载体在大肠杆菌中获得少量可溶表达。而截短N端前15个氨基酸的NICPR能通过PGEX-6p-1载体在大肠杆菌中获得少量可溶表达。