褐飛虱分布于廣大亞洲稻區(qū)，為單食性害蟲，只能在水稻和普通野生稻上取食和繁殖后代，相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，其為亞洲頭號水稻害蟲。

近日，浙江大學(xué)農(nóng)學(xué)院昆蟲科學(xué)研究所的一項(xiàng)最新成果首次完整揭示了褐飛虱表皮蛋白質(zhì)組及功能，并發(fā)現(xiàn)了32種對褐飛虱胚胎、若蟲及成蟲生長發(fā)育不可或缺的表皮蛋白，為以此為靶標(biāo)的綠色新型農(nóng)藥設(shè)計(jì)提供了科學(xué)基礎(chǔ)。

這項(xiàng)研究成果發(fā)表在國際權(quán)威期刊《美國科學(xué)院院報(bào)》（PNAS）上，為直接投稿發(fā)表，文章的共同第一作者為2013級直博生潘鵬路和葉雨軒，張傳溪教授為通訊作者。

正在蛻皮的褐飛虱

首次在一種昆蟲內(nèi)完整、系統(tǒng)開展表皮蛋白的綜合研究

昆蟲的表皮對其生長發(fā)育和生命活動(dòng)起到重要的作用，這其中很多觸殺型農(nóng)藥的制造就是以侵入表皮為原理。表皮蛋白是昆蟲表皮的主要組成成分，也是決定昆蟲表皮特性最重要的成分。很長一段時(shí)間來，由于表皮蛋白種類多、數(shù)量大、時(shí)空表達(dá)復(fù)雜，科研人員對這一結(jié)構(gòu)的完整性研究存在不少困難，對一種昆蟲中的表皮蛋白缺乏全面和整體性的研究和理解。

張傳溪教授課題組的這項(xiàng)對褐飛虱表皮蛋白質(zhì)組的研究，首先通過基因序列比對和蛋白水平檢測首次鑒定了該昆蟲140個(gè)表皮蛋白質(zhì)。這是一項(xiàng)結(jié)合基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組、表達(dá)譜及功能組的大規(guī)模、綜合性研究，首次完整地、系統(tǒng)地報(bào)道了一種昆蟲的表皮蛋白家族概況，為昆蟲表皮蛋白研究提供豐富資源。

同時(shí)，科研人員將這些表皮蛋白分類為8個(gè)蛋白家族，其中一個(gè)為新發(fā)現(xiàn)的昆蟲表皮蛋白家族，擴(kuò)展了學(xué)界對昆蟲表皮蛋白家族的認(rèn)知。

   7 種昆蟲（岡比亞按蚊、家蠶、黑腹果蠅、意大利蜜蜂、麗蠅蛹集金小蜂、赤擬谷盜、褐飛虱） 已知的14個(gè)表皮蛋白家族對比概覽圖。

確定表皮蛋白功能，為綠色新型農(nóng)藥設(shè)計(jì)提供潛在靶標(biāo)

隨后，課題組對每個(gè)表皮蛋白基因進(jìn)行了基因沉默實(shí)驗(yàn)，以探究這些表皮蛋白的功能。

基因沉默實(shí)驗(yàn)是通過遏制其中一個(gè)基因的表達(dá)，來觀察其對褐飛虱在胚胎、若蟲及成蟲生長發(fā)育的影響。這個(gè)實(shí)驗(yàn)的過程相當(dāng)耗費(fèi)時(shí)間與經(jīng)歷，為了增加準(zhǔn)確性和相互驗(yàn)證，研究組還對每個(gè)基因設(shè)計(jì)了2個(gè)不同的序列區(qū)段進(jìn)行基因沉默，實(shí)驗(yàn)中經(jīng)手的褐飛虱多達(dá)數(shù)萬多只。

在褐飛虱若蟲中沉默表皮蛋白基因后產(chǎn)生的致死表型及超微結(jié)構(gòu)觀察

經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)分析，他們發(fā)現(xiàn)有32種表皮蛋白是褐飛虱不可或缺的?？蒲腥藛T介紹：“當(dāng)這些表皮蛋白基因被沉默后，褐飛虱或表現(xiàn)為胚胎會(huì)發(fā)育不良，或表現(xiàn)為產(chǎn)卵量降低，或表現(xiàn)為若蟲和成蟲大量死亡。這就為新型綠色農(nóng)藥設(shè)計(jì)和基于RNAi策略防治稻飛虱提供了明確的潛在靶標(biāo)?！?/span>

結(jié)束對個(gè)體蛋白的研究后，科研人員將表皮蛋白分為進(jìn)化關(guān)系相近的幾組，進(jìn)行了組合的基因沉默實(shí)驗(yàn)，提出了昆蟲表皮蛋白存在功能互補(bǔ)的效應(yīng)，成果進(jìn)一步回答了為何一只小小的昆蟲需要種類如此之多表皮蛋白的學(xué)科問題，豐富了學(xué)界對昆蟲表皮蛋白的認(rèn)識(shí)。

該項(xiàng)研究得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31630057和31470765）的支持。

（文 柯溢能/攝影 盧紹慶）

部分圖片由課題組提供