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糖原(glycogen)是动物的贮备多糖,由多个葡萄糖组成的生物大分子,分子量一般在106-108 kD,是葡萄糖等糖类物质的贮存形式。褐飞虱(Nilaparvata lugens)是一种单食性昆虫,是水稻上最主要的害虫之一。本文通过前期转录组(RNA-Seq)测序等获得的糖原代谢途径的合成基因糖原合成酶(Glycogen synthase,GS)和降解基因糖原磷酸化酶(Glycogen phosphorylase,GP)序列,对褐飞虱GS和GP蛋白序列进行生物信息学分析,并采用RNA干扰技术(RNA interference,RNAi)研究这两个基因在海藻糖代谢、几丁质代谢及胰岛素调控途径中的潜在作用与功能,通过分子生物学手段探索褐飞虱潜在的靶标基因,以期为发掘绿色农药提供理论依据。首先,根据已知的褐飞虱GS和GP的蛋白序列进行生物信息学分析,发现褐飞虱GS和GP具有较高的保守性,GS和GP的开放阅读框分别为2199 bp和2532 bp,分别编码733和844个氨基酸,预测的蛋白分子量分别为84.1 kD和97.3 kD;预测的蛋白等电点分别为6.20和6.10。其后,将合成的外源性dsRNA(double-stranded RNA,dsRNA)注射到五龄褐飞虱若虫体内,分别在注射后48 h、72 h后取材。并以注射dsGFP作为对照组,采用荧光实时定量PCR(Quantitative real-time fluorescent PCR,qRT-PCR)检测GS、GP基因相对表达量,研究结果发现注射dsGS、dsGP组与对照组的相比较,褐飞虱GS和GP基因相对表达量显著下降,这说明RNAi效果明显,实验处理可用于后续实验。其后,抽提各组样品RNA进行转录组测序。RNA-Seq测序结果显示:与对照组相比较,注射dsGS RNA组,表达上调基因为920个,表达下调基因为9412个;注射dsGS RNA组,表达上调基因为1055个,表达下调基因有6257个。采用qRT-PCR检测褐飞虱不同发育阶GS、GP基因的相对表达量,结果发现GS基因在褐飞虱五龄若虫12 h、48 h和成虫72 h相对表达量较高,其他发育阶段相对表达量相对较低。而GP基因在五龄若虫12 h至48 h阶段相对表达量较高,其他阶段相对表达量较低。干扰GS、GP基因之后,褐飞虱出现较高的畸形率和死亡率,畸形率分别为21.27%和27.50%,死亡率分别为23.40%和25.40%。用qRT-PCR检测海藻糖与糖原代谢途径,及几丁质途经相关基因的表达变化情况,结果发现注射dsGS 48 h后褐飞虱PGM1基因的相对表达量显著上升,GS、GP、TPS3、TRE1-1、GFAT、G6PI1基因的相对表达量显著降低,注射72 h后TRE1-1、TRE1-2、G-6-Pase基因的相对表达量显著上升,GS、TPS3、HK、GFAT基因显著下降。注射dsGP48 h后褐飞虱PGM1、G6PI1、CHS1、CHS1a、CHS1b、GNPNA、InR2基因的相对表达量显著上升,而GS、GP、TPS3、TRE1-1、G6Pase、G6PI1基因的相对表达量则显著下降,注射72 h后TRE1-1、TRE1-2、TRE2、TPS1、TPS2、UAP、PGM1、G6PI1、G6PI2、GNPNA、CHS1、CHS1a、HK和G-6-Pase基因的相对表达量也有显著上升,而GS、GP、TPS3、PGM2基因有显著下调。干扰褐飞虱GS基因48 h后褐飞虱体内海藻糖含量无显著变化,糖原和葡萄糖的含量均有微量上升但无显著性变化;干扰褐飞虱GP基因48 h后褐飞虱体内海藻糖、糖原和葡萄糖的含量均无显著性变化。采用qRT-PCR检测胰岛素信号通路相关基因的表达变化情况,结果发现注射dsGS 48 h后褐飞虱Ilp4基因的相对表达量显著降低,注射72 h后Ilp2、Ilp3基因的相对表达量显著上升,Ilp4基因显著下降。注射dsGP48 h后褐飞虱InR2基因的相对表达量显著上升,而InR1、Ilp1和Ilp2基因的相对表达量则显著下降,注射72 h后Ilp4基因有显著下调。干扰褐飞虱GS和GP基因48 h、72 h后褐飞虱体内甘油三脂含量略有上升,但无显著性变化。这些结果表明GS和GP基因在胰岛素信号途径的控制下具有介导海藻糖代谢途径调控褐飞虱几丁质代谢通路,导致几丁质合成困难和蜕皮障碍。