在昆虫中,着色是一个普遍并且高度可变的性状,在不同物种间、同一物种不同群体间、同一群体不同个体间有显著的差异；甚至在同一个体不同部位、同一个体不同发育时期昆虫的着色模式也是不同的。这种着色模式的多样性取决于有哪些色素参与并且不同色素之间以何种比例参与着色。昆虫的黑化现象也是非常普遍的,黑化过程不仅可以广泛用于隐藏、拟态、性别选择信号、体温调节,还参与到免疫反应、伤口愈合以及表皮硬化。之前对北美黑凤蝶Papilio polyxenes和东方粘虫Pseudaletia separata表皮体色的研究中发现,白色条纹处的真皮细胞中沉积了大量白色尿酸盐颗粒,而在黑色条纹下的真皮细胞中没有或仅有少量尿酸盐颗粒的沉积,然而这种现象的生物机制以及相应的功能目前还不清楚。家蚕是一种高度驯化的鳞翅目昆虫。在西南大学家蚕基因资源库中保存了丰富的突变系统,其中有许多是体色突变体,这可以作为一个很好的模式系统来研究生物着色。本研究利用几种家蚕体色突变体来研究黑色素和尿酸在表皮中的沉积模式并探索沉积模式的生物机制。主要的研究结果如下：首先,通过肉眼观察发现,黑色蚕与姬蚕的体色仅在幼虫期有明显的差异：在幼虫期,黑色蚕的体色为黑色,腹部亦然,而姬蚕则呈现出白色的体色；在蛹期和成虫期,黑色蚕和姬蚕体色相同。其次,透射电子显微镜观察黑色蚕和姬蚕表皮的超微结构发现,主要存在两个方面的差异：一是外表皮层中黑色素颗粒的有无,黑色蚕的外表皮层中含有一些形状不规则的黑色素颗粒,姬蚕的表皮层中没有任何黑色颗粒存在；而是在真皮细胞中尿酸盐颗粒沉积量的差异：黑色蚕的真皮细胞中仅有少量的白色尿酸盐颗粒,而在姬蚕的真皮细胞中则有大量的尿酸盐颗粒沉积。表皮的超微结构比较分析结果表明了黑色蚕和姬蚕体色差异的物质基础：不同颜色的色素颗粒在表皮中的沉积模式。姬蚕的表皮层无色素物质积累,呈透明状,真皮层中含有大量的白色尿酸盐颗粒,因此呈现出白体色；而黑色蚕的黑体色是由于表皮层中有一些黑色素颗粒存在,而真皮层中仅有少量的白色尿酸盐颗粒。其次,我们利用RT-PCR对黑色蚕和姬蚕黑色素合成相关基因的时期表达模式进行了比较分析。时期表达模式分析的结果表明,大部分黑色素合成相关基因表达高峰主要分布在蜕皮期,反映了家蚕黑色素的合成主要发生在蜕皮期间,但不同基因的表达呈现出时期特异性,其中yellow、yellow-f和Iaccase2基因在蜕皮前期上调表达并且在蜕皮中期出现表达高峰；而TH、DDC、tan、ebony、dat和black基因上调表达的时间要相对晚些。从黑色蚕和姬蚕黑色素合成相关基因表达量来看,(?)H、DDC、yellow、yellow-f、laccase 2基因在黑色蚕中比在姬蚕表皮中表达量高,ebony基因在黑色蚕中表达量低于在姬蚕中的表达,qPCR进一步确认了RT-PCR结果；多巴胺测定也表明,在四龄眠期和五龄三天时黑色蚕比姬蚕表皮中多巴胺含量高,因此黑色蚕黑体色的形成可能是由于TH和DDC的高量表达形成了大量的多巴胺,而yellow、laccase2基因的高量表达使多巴胺氧化生成大量的多巴胺黑色素,最终形成了该突变体幼虫期黑体色表型。为了进一步确认电子显微镜观察结果,我们通过高效液相色谱仪(HPLC)来测定黑色蚕和姬蚕表皮中尿酸含量。结果发现,在幼虫期,姬蚕表皮中尿酸的含量约是黑色蚕表皮中尿酸含量的7倍；在蛹期和成虫期,黑色蚕表皮中尿酸含量升高,并且与姬蚕表皮中尿酸含量无显著差异。研究结果表明,尿酸在表皮中的积累量与体色有关,可能是由于黑色斑纹处黑色素前体物质多巴胺的大量生成影响了尿酸盐在真皮层细胞中的积累。我们推测这种黑色斑纹处尿酸含量低于白色斑纹处尿酸含量的现象在一些以尿酸为排泄物的鳞翅目昆虫中具有普遍性,这种沉积模式可能与环境的适应性有关。紫外线-A(UVA)照射实验结果表明,黑色蚕和姬蚕对UVA的耐受能力无显著差异,并且它们对UVA的耐受性要显著强于d油蚕；照射后测定血淋巴中丙二醛(MDA)含量也发现,在d油蚕血淋巴中MDA含量高于姬蚕和黑色蚕,说明了d油蚕受自由基损伤严重。研究结果表明,黑色素和尿酸盐颗粒在家蚕表皮中的积累对减少UVA氧化损伤有重要作用。综上所述,黑色蚕和姬蚕幼虫期的体色差异是由黑色素和尿酸盐在表皮中以不同比例沉积形成的。黑色蚕中大量的黑色素是通过黑色素合成途径并且以多巴胺为前体生成的多巴胺黑色素,黑色素合成途径基因的表达模式为我们定位黑色蚕突变基因提供了线索。黑色素和尿酸盐颗粒在表皮中以一种“此消彼长”的模式沉积,降低表皮的透明度,使表皮下的组织受到持续性的保护。我们的结果表明了黑色素和尿酸盐在表皮中的沉积对家蚕抵御UVA的氧化损伤有重要的作用。