周 操, 楊熙彬, 龔明富, 楊 洪,3,*, 龍貴云,賈澤艷, 曾慶會(huì), 金道超

(1.重慶師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，重慶 401331; 2.貴州大學(xué)昆蟲研究所, 貴州山地農(nóng)業(yè)病蟲害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部貴陽(yáng)作物有害生物科學(xué)觀測(cè)試驗(yàn)站, 貴陽(yáng) 550025; 3.貴州大學(xué)煙草學(xué)院, 貴陽(yáng) 550025)

保幼激素(juvenile hormone, JH)是昆蟲咽側(cè)體中合成的一種半萜類化合物，參與調(diào)控昆蟲的發(fā)育、變態(tài)和生殖等過程(Shelbyetal., 2007; Jindraetal., 2013; Royetal., 2018)。JH與保幼激素結(jié)合蛋白(juvenile hormone binding protein, JHBP)結(jié)合形成復(fù)合體，經(jīng)血液循環(huán)運(yùn)送至特定組織或器官的細(xì)胞核后，與其核受體蛋白Met(methoprene-tolerant)結(jié)合，形成JH-Met復(fù)合體，在JH的作用下，Met再與另外一個(gè)bHLH-PAS家族蛋白Taiman(或者稱之為steroid receptor coactivator, SRC)形成二聚體，傳遞保幼激素信號(hào)，激活下游的轉(zhuǎn)錄因子Krüpple-homologue 1(Kr-h1)等基因的表達(dá)，最終調(diào)控昆蟲的發(fā)育、變態(tài)和生殖等過程(Kayukawaetal., 2017; Royetal., 2018)。

3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A還原酶(3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A reductase, HMGR)是JH合成途徑中的上游蛋白，催化HMG-CoA還原成甲羥戊酸，再經(jīng)過法尼焦磷酸合成酶催化形成法尼焦磷酸(FPP)(Bellésetal., 2005; 李娟等, 2012)。該過程是JH和膽固醇/固醇類物質(zhì)生物合成共有的反應(yīng)途徑(Bellésetal., 2005)。迄今為止，已在許多昆蟲物種中鑒定出HMGR同系物，包括華山松大小蠹Dendroctonusarmandi(Yuetal., 2015)、黑腹果蠅Drosophilamelanogaster(Gertleretal., 1988)、家蠶Bombyxmori(Kinjohetal., 2007)、棉鈴蟲Helicoverpaarmigera(Wangetal., 2013)、小地老虎Agrotisipsilon(Duportetsetal., 2000)、太平洋折翅蠊Diplopterapunctata(Huangetal., 2015)、桔小實(shí)蠅Bactroceradorsalis(Yangetal., 2018)和德國(guó)小蠊Blattelagermanica(Martinez-Gonzalezetal., 1993)等。已有研究表明，HMGR參與了昆蟲的激素合成以及生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖的調(diào)控。例如：沉默桔小實(shí)蠅的BdHMGR基因表達(dá)后，能夠抑制雌蟲卵巢發(fā)育(Yangetal., 2018)；使用RNAi技術(shù)靶向沉默棉鈴蟲HaHMGR基因表達(dá)后，顯著抑制了雌蟲的產(chǎn)卵和HaVg基因的表達(dá)(Wangetal., 2013)；此外，干擾中華豆芫菁Epicautachinensis成蟲EcHMGR的表達(dá)可導(dǎo)致斑蝥素合成的顯著下降，而外源性JH可提高斑蝥素的產(chǎn)量(Lüetal., 2016)。

白背飛虱Sogatellafurcifera屬于典型的r對(duì)策的遷飛性害蟲，具有極強(qiáng)的繁殖力，易暴發(fā)成災(zāi)(金劍雪等, 2017; Yangetal., 2020)，能夠通過若蟲、成蟲刺吸水稻汁液以及傳播南方水稻黑條矮縮病毒，嚴(yán)重影響水稻的產(chǎn)量和品質(zhì)(Zhouetal., 2008; Otuka, 2013; Wuetal., 2017)。目前對(duì)于該蟲的防治仍以化學(xué)防治為主，但長(zhǎng)期大量地使用殺蟲劑致使其對(duì)多種殺蟲劑產(chǎn)生了嚴(yán)重的抗性(Alietal., 2019; Ruanetal., 2021; 張帥, 2021)。因此，尋找新的作用靶標(biāo)，開發(fā)新的高效、安全的殺蟲劑對(duì)于該蟲的防治具有重要意義。生殖相關(guān)基因在昆蟲的繁殖與發(fā)育過程中起著至關(guān)重要的作用，本研究基于已公布的白背飛虱基因組(Wangetal., 2017)和轉(zhuǎn)錄組(Zhouetal., 2018)數(shù)據(jù)，鑒定出白背飛虱JH生物合成中的關(guān)鍵基因SfHMGR，采用RT-PCR技術(shù)對(duì)其序列進(jìn)行驗(yàn)證，使用RT-qPCR技術(shù)測(cè)定其時(shí)空表達(dá)特性，并通過RNAi技術(shù)靶向沉默SfHMGR后觀察雌蟲卵巢的發(fā)育情況、統(tǒng)計(jì)產(chǎn)卵量，測(cè)定JH生物合成下游基因和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)基因及卵巢發(fā)育關(guān)鍵基因的轉(zhuǎn)錄水平，研究其在白背飛虱生殖中的功能，為白背飛虱的綠色防控提供新的科學(xué)依據(jù)和作用靶標(biāo)。

1 材料與方法

1.1 供試?yán)ハx

白背飛虱種群于2013年采集自貴州省貴陽(yáng)市花溪區(qū)水稻田(26°31.302″N, 106°62.294″E)，并在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)一直以不接觸任何農(nóng)藥的處于分蘗期的TN1水稻飼養(yǎng)至今(周操等, 2016)。飼養(yǎng)室內(nèi)的條件為：溫度25±1℃，相對(duì)濕度70%±5%，光周期16L∶8D。

1.2 總RNA的提取及cDNA第1鏈的合成

收集1.1節(jié)白背飛虱樣品使用Bertin Precellys 24多功能樣品均質(zhì)器(Bertin Technologies，法國(guó))進(jìn)行研磨后，參照HP Total RNA Kit試劑盒(Omega，美國(guó))說明書提取總RNA(Zhouetal., 2021)。將提取的總RNA參照PrimeScriptTMRT Reagent Kit with gDNA Eraser(TaKaRa, 日本)說明書合成RT-PCR擴(kuò)增及RT-qPCR所需cDNA模板(Zhouetal., 2021)。

1.3 SfHMGR基因克隆

基于已發(fā)表的白背飛虱基因組(Wangetal., 2017)和轉(zhuǎn)錄組(Zhouetal., 2018)數(shù)據(jù)，通過查找注釋信息，初步獲得白背飛虱SfHMGR基因序列，并通過在線工具Blast進(jìn)行相似性比對(duì)。經(jīng)進(jìn)一步確認(rèn)后，再利用Primer Premier 6.0軟件設(shè)計(jì)特異性引物(表1)，采用RT-PCR法對(duì)其準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證。PCR反應(yīng)體系(25 μL): 2×TSINGKE Master Mix(北京擎科生物科技有限公司，北京)12.5 μL, cDNA模板1 μL, 上下游引物(10 μmol/L)各1 μL, ddH2O 9.5 mL。PCR擴(kuò)增條件: 95℃ 3 min; 95℃ 30 s, 55℃ 30 s, 72℃ 3 min, 共30個(gè)循環(huán); 最后72℃ 10 min。PCR產(chǎn)物經(jīng)電泳檢測(cè)合格后，將擴(kuò)增產(chǎn)物純化后進(jìn)行TA克隆，并將克隆后的產(chǎn)物送往公司進(jìn)行測(cè)序。

1.4 序列分析

使用ORF Finder(http:∥www.ncbi.nlm.nih.gov/gorf/gorf.html)分析SfHMGR基因的ORF及其編碼的氨基酸序列；使用ProtParam(https:∥web.expasy.org/protparam/)預(yù)測(cè)編碼蛋白質(zhì)的氨基酸分子組成、相對(duì)分子質(zhì)量及等電點(diǎn)等理化性質(zhì)；使用PFAM(http:∥pfam.xfam.org/)預(yù)測(cè)SfHMGR基因的保守結(jié)構(gòu)域；使用TMHMM(http:∥www.cbs.dtu.dk/services/TMHMM/)分析蛋白的跨膜結(jié)構(gòu)域；使用SignalP-5.0(http:∥www.cbs.dtu.dk/services/SignalP/)分析蛋白的信號(hào)肽；借助MEGA 7.0軟件使用鄰接法(neighbor-joining, NJ)構(gòu)建HMGR的系統(tǒng)發(fā)育樹，重復(fù)運(yùn)行1 000次。

1.5 SfHMGR基因時(shí)空表達(dá)分析

將初羽化的白背飛虱雌蟲和雄蟲配對(duì)后使用玻璃管單獨(dú)飼養(yǎng)，每天更換一次水稻苗。飼養(yǎng)過程中分別收集從1齡若蟲到成蟲13個(gè)時(shí)間點(diǎn)的樣品，分別為1-3齡若蟲、4齡第1-2天若蟲、5齡第1-3天若蟲、羽化后12 h雌成蟲、羽化后1-4 d雌成蟲。每個(gè)樣品包含15～30頭白背飛虱。在雌蟲羽化24 h后，在PBS中解剖白背飛虱的頭部(50頭)、腸道(100頭)、脂肪體(50頭)、卵巢(30頭)和體壁(100頭)。所有的樣品均設(shè)置3個(gè)生物學(xué)重復(fù)。將收集的樣品分別置于1.5 mL無RNA酶的離心管中，保存于-80℃冰箱中備用。

根據(jù)已驗(yàn)證的SfHMGR序列設(shè)計(jì)特異性引物(表1)，采用RT-qPCR法測(cè)定SfHMGR基因在白背飛虱不同發(fā)育階段和不同組織中的轉(zhuǎn)錄水平，以核糖體蛋白L9基因SfRPL9(GenBank登錄號(hào): KM885285)和α微管蛋白基因SfTUB(GenBank登錄號(hào): KP735521)為內(nèi)參基因(Zhouetal., 2020)。RT-qPCR反應(yīng)體系: 上下游引物(10 μmol/L)各1 μL, iQTMSYBR?Green Supermix 10 μL, cDNA模板1 μL, ddH2O 7 μL。反應(yīng)條件: 95℃ 2 min; 95℃ 30 s, 50℃ 30 s, 40個(gè)循環(huán); 同時(shí)在60～95℃進(jìn)行溶解曲線分析。每個(gè)反應(yīng)設(shè)置3次技術(shù)重復(fù)。

1.6 RNAi實(shí)驗(yàn)

使用特異性引物(表1)通過PCR擴(kuò)增SfHMGR基因片段，參照TranscriptAid T7 High Yield Transcription Kit試劑盒(Thermo，美國(guó))說明書，以擴(kuò)增所得的SfHMGR基因片段為模版合成雙鏈RNA(dsRNA)。用NanoDrop 2000核酸濃度分析儀(Thermo，美國(guó))測(cè)定dsRNA濃度，并將其稀釋至1 000 ng/μL備用。采用相同的方法合成水母Aequoreavictoria的綠色熒光蛋白基因GFP(GenBank登錄號(hào): CAA58789)的dsRNA。以羽化12 h以內(nèi)的白背飛虱雌成蟲作為供試?yán)ハx，使用IM-31微型注射器進(jìn)行顯微注射，每頭試蟲注射0.1 μL，以注射等體積的dsGFP作為陰性對(duì)照(Zhouetal., 2021)。每處理設(shè)置3個(gè)生物學(xué)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)注射100頭。注射完成后，將試蟲放入裝有新鮮水稻苗的試管中，置于溫度25±1℃、相對(duì)濕度70%±5%、光周期16L∶8D的人工氣候箱中飼養(yǎng)。在注射dsRNA 48 h后收集樣品，檢測(cè)目的基因的沉默效率。

表1 本研究所用引物

將注射后的1頭雌成蟲與2頭雄成蟲(排除雄蟲對(duì)交配的影響)進(jìn)行配對(duì)，每個(gè)處理配對(duì)15對(duì)，設(shè)置3個(gè)生物學(xué)重復(fù)。配對(duì)飼養(yǎng)的白背飛虱每2 d換一次新鮮水稻，每天觀察一次初孵若蟲數(shù)，10 d后解剖換出的稻苗記錄尚未孵化的卵，直至雌成蟲死亡。統(tǒng)計(jì)雌蟲的產(chǎn)卵量，并在雌蟲注射dsRNA 6 d后，解剖并觀察各處理雌蟲個(gè)體的卵巢發(fā)育情況，并使用Nikon SMZ25體視顯微鏡進(jìn)行拍照(Zhouetal., 2020)。同時(shí)，為進(jìn)一步明確SfHMGR基因沉默后對(duì)白背飛虱生殖影響的機(jī)制，根據(jù)已報(bào)道的JH生物合成下游基因SfJHAMT(GenBank登錄號(hào): MW014329)和SfFAMeT(GenBank登錄號(hào): MW014330)、JH信號(hào)傳導(dǎo)相關(guān)基因SfMet(GenBank登錄號(hào): MN229742)和SfKr-h1(GenBank登錄號(hào): MN229741)以及卵巢發(fā)育關(guān)鍵基因SfVg(GenBank登錄號(hào): MN296092)和SfVgR(GenBank登錄號(hào): MN296093)，參考Zhou等(2021)設(shè)計(jì)RT-qPCR引物序列，使用1.5節(jié)中的反應(yīng)體系和反應(yīng)程序，測(cè)定其在SfHMGR基因沉默48 h后的轉(zhuǎn)錄水平。

1.7 數(shù)據(jù)分析

利用2-ΔΔCt法計(jì)算SfHMGR基因在不同發(fā)育階段和不同組織中的相對(duì)表達(dá)量，并用SPSS 22.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。使用LSD法分析SfHMGR基因的在不同發(fā)育階段和不同組織中表達(dá)量的差異顯著性; RNAi相關(guān)實(shí)驗(yàn)的差異顯著性采用Student氏獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)進(jìn)行分析。

2 結(jié)果

2.1 SfHMGR基因克隆與序列分析

基于白背飛虱基因組和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，結(jié)合其注釋信息進(jìn)行查找，并通過RT-PCR技術(shù)對(duì)其序列進(jìn)行驗(yàn)證，最終獲得的序列長(zhǎng)度為2 800 bp，并將其命名為SfHMGR(GenBank登錄號(hào): MW883397)。其中包含了一個(gè)完整的ORF，長(zhǎng)2 724 bp，編碼907個(gè)氨基酸。推導(dǎo)的蛋白質(zhì)分子式為C4365H7019N1195O1300S60，預(yù)測(cè)的分子量為98.96 kD，理論等電點(diǎn)為6.15。保守結(jié)構(gòu)域分析發(fā)現(xiàn)(圖1)，該蛋白含有典型的HMG-CoA還原酶的保守結(jié)構(gòu)域(第466-872位氨基酸)，同時(shí)在C端包含3個(gè)HMG-CoA結(jié)合位點(diǎn)(第647-661, 803-810和857-870位氨基酸)。該蛋白在N端具有7個(gè)典型的跨膜結(jié)構(gòu)域，符合典型的動(dòng)物HMGR蛋白的結(jié)構(gòu)特征。前33個(gè)氨基酸為信號(hào)肽，第33和34位氨基酸之間為剪切位點(diǎn)。

圖1 白背飛虱SfHMGR基因的核苷酸序列和推導(dǎo)的氨基酸序列

將白背飛虱SfHMGR基因所編碼的氨基酸序列進(jìn)行BLAST比對(duì)分析，結(jié)果表明，SfHMGR與另外兩種稻飛虱——灰飛虱Laodelphaxstriatella和褐飛虱Nilaparvatalugens的HMGR具有最高的序列一致性，分別為92.40%和89.25%。系統(tǒng)發(fā)育樹表明(圖2)，白背飛虱SfHMGR氨基酸序列與同為稻飛虱的灰飛虱和褐飛虱的序列聚集在同一個(gè)分支上，具有較近的親緣關(guān)系，然后再與同為半翅目的溫帶臭蟲Cimexlectularius、茶翅蝽Halyomorphahalys的序列聚集在一起，形成半翅目的一個(gè)大分支，再與其他目昆蟲的序列依次聚集在一起。

圖2 鄰接法構(gòu)建的基于氨基酸序列的白背飛虱SfHMGR與其他昆蟲HMGR的系統(tǒng)進(jìn)化樹(1 000次重復(fù))

2.2 SfHMGR基因的時(shí)空表達(dá)模式

SfHMGR在白背飛虱的各個(gè)發(fā)育階段均有表達(dá)，并且在4齡第2天若蟲以及初羽化(羽化后12 h和1 d)雌成蟲中具有最高的轉(zhuǎn)錄水平(P<0.05)，且隨著羽化時(shí)間的延長(zhǎng)，表達(dá)量呈下降趨勢(shì)(圖3: A)。SfHMGR在所測(cè)定的各個(gè)雌成蟲組織中均有一定的轉(zhuǎn)錄水平(圖3: B)，但在腸道中具有最高的轉(zhuǎn)錄水平(P<0.05)，在脂肪體和卵巢中的表達(dá)量次之。

圖3 白背飛虱SfHMGR在不同發(fā)育階段(A)和雌成蟲不同組織(B)中的表達(dá)模式

2.3 SfHMGR基因功能

在注射SfHMGRdsRNA 48 h后SfHMGR的表達(dá)水平被顯著抑制(P<0.01)(圖4: A)，相比于對(duì)照組(dsGFP處理組)，其轉(zhuǎn)錄水平下降了70%。單雌產(chǎn)卵量顯著降低(P<0.01)，僅為對(duì)照組的39.6%(圖4: B)，表明SfHMGR基因的沉默會(huì)顯著抑制雌蟲的產(chǎn)卵。在注射SfHMGRdsRNA后6 d時(shí)，注射dsGFP處理中能夠清楚地觀察到香蕉形的成熟的卵母細(xì)胞，而在dsHMGR處理組中則沒有明顯的香蕉形的成熟卵母細(xì)胞出現(xiàn)(圖4: C)，表明沉默SfHMGR基因后能夠顯著影響白背飛虱卵巢的發(fā)育。

圖4 顯微注射dsRNA 48 h后白背飛虱體內(nèi)SfHMGR基因沉默效率(A)、單雌產(chǎn)卵量(B)及雌蟲卵巢發(fā)育(C)

為明確SfHMGR基因沉默后對(duì)白背飛虱生殖影響的機(jī)制，靶向沉默SfHMGR基因后測(cè)定了下游基因和生殖相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄水平。結(jié)果(圖5)表明，SfHMGR基因作為JH生物合成的上游基因，其轉(zhuǎn)錄水平被抑制后，會(huì)顯著抑制JH生物合成下游基因SfJHAMT和SfFAMeT(P<0.05)以及JH信號(hào)傳導(dǎo)相關(guān)基因SfKr-h1的轉(zhuǎn)錄水平(P<0.01)；另外，SfHMGR基因的沉默，同樣也能夠顯著抑制SfVg(P<0.01)和SfVgR(P<0.05)的轉(zhuǎn)錄水平。

圖5 沉默白背飛虱SfHMGR后下游基因和生殖相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄水平

3 討論

在本研究中，基于已公布的白背飛虱基因組和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，并結(jié)合RT-PCR技術(shù)，獲得了白背飛虱JH生物合成過程中的關(guān)鍵基因，根據(jù)保守結(jié)構(gòu)域和相似性比對(duì)，將其命名為SfHMGR(GenBank登錄號(hào): MW883397)。保守結(jié)構(gòu)域分析發(fā)現(xiàn)，SfHMGR含有典型的HMG-CoA還原酶的保守結(jié)構(gòu)域，同時(shí)在C端包含3個(gè)HMG-CoA結(jié)合位點(diǎn)(圖1)；序列相似性分析也發(fā)現(xiàn)，SfHMGR與同為半翅目的灰飛虱和褐飛虱HMGR氨基酸序列相似性最高。這與麥紅吸漿蟲Sitodiplosismosellana和桔小實(shí)蠅中的研究結(jié)果(Yangetal., 2018; 劉禹含等, 2019)一致，表明該基因在進(jìn)化過程中的結(jié)構(gòu)和功能高度保守。

眾所周知，昆蟲的變態(tài)發(fā)育受JH和蛻皮激素的共同調(diào)控(周樹堂等, 2012; 何倩毓等, 2017)。例如，在白蠟蟲Ericeruspela的研究中發(fā)現(xiàn)，JH在幼蟲中期具有最高的滴度，在末期呈現(xiàn)滴度逐漸降低的變化趨勢(shì)，出現(xiàn)較低值，這與20E滴度的變化趨勢(shì)(劉妮, 2018)恰恰相反。在本研究中也發(fā)現(xiàn)，SfHMGR基因在白背飛虱的4齡和5齡若蟲中期具有較高的轉(zhuǎn)錄水平，這與先前發(fā)現(xiàn)的JH滴度在發(fā)育階段中期具有最高滴度的結(jié)果(劉妮, 2018)一致。在桔小實(shí)蠅中也發(fā)現(xiàn)，BdHMGR基因在蛹的發(fā)育中期具有較高的轉(zhuǎn)錄水平(Yangetal., 2018)。但遺憾的是，在本研究中并沒有觀察到蛻皮前SfHMGR基因轉(zhuǎn)錄水平的降低。導(dǎo)致這一結(jié)果的原因可能是在取樣過程中，著重關(guān)注的是SfHMGR基因在雌成蟲生殖過程中的作用，忽略了其在蛻皮前(4齡第3天若蟲和5齡第4天若蟲)樣品的獲取。在雌成蟲中，SfHMGR基因在其羽化后12 h和1 d時(shí)具有最高的轉(zhuǎn)錄水平(圖3: A)，這與先前發(fā)現(xiàn)白背飛虱SfVg轉(zhuǎn)錄水平在雌蟲羽化后呈現(xiàn)出逐漸升高的趨勢(shì)(Zhouetal., 2020)相呼應(yīng)。在太平洋折翅蠊雌蟲中也發(fā)現(xiàn)，DpHMGR基因的轉(zhuǎn)錄水平變化趨勢(shì)與DpVg的變化趨勢(shì)一致(Huangetal., 2015)；同樣的結(jié)果在棉鈴蟲中也有發(fā)現(xiàn)(Wangetal., 2013)。這些研究結(jié)果表明，HMGR基因在昆蟲Vg合成及其卵巢發(fā)育過程中具有重要的作用。

HMGR是甲羥戊酸途徑中的關(guān)鍵基因，在昆蟲中甲羥戊酸途徑的主要功能是產(chǎn)生JH，單萜信息素和防御性分泌物等物質(zhì)，它們與昆蟲的生長(zhǎng)、繁殖、化學(xué)交流和防御有關(guān)(Halletal., 2002; Hojoetal., 2012; Vranováetal., 2013)。在本研究中發(fā)現(xiàn)，SfHMGR基因在白背飛虱雌成蟲腸道中具有最高的轉(zhuǎn)錄水平(圖3: B)，這與HMGR基因在黃粉蟲Tenebriomolitor和華山松大小蠹前中腸中高表達(dá)的結(jié)果(Yuetal., 2015)一致，出現(xiàn)這一結(jié)果的原因可能是由于腸道是信息素前體合成的關(guān)鍵部位。例如，使用原位雜交技術(shù)在耶氏松小蠹Dendroctonusjeffreyi和云杉松齒小蠹Ipspini中的研究發(fā)現(xiàn)，HMGR在前中腸的特化細(xì)胞中高度表達(dá)，而該細(xì)胞是從頭合成單萜類聚集信息素的重要部位(Nardietal., 2002)。另外，SfHMGR基因在脂肪體和卵巢中具有較高的轉(zhuǎn)錄水平，這與BdHMGR在桔小實(shí)蠅卵巢和脂肪體中高表達(dá)的結(jié)果(Yangetal., 2018)一致；同樣，在馬鈴薯甲蟲不同組織中的表達(dá)譜分析中也發(fā)現(xiàn)，LdHMGR在卵巢中具有最高的轉(zhuǎn)錄水平(Lietal., 2016)。卵巢是卵子發(fā)育的關(guān)鍵器官，而脂肪體是卵黃原蛋白合成的重要組織，SfHMGR在卵巢和脂肪體中均有較高的轉(zhuǎn)錄水平，暗示著SfHMGR在白背飛虱生殖過程中可能同樣具有重要作用。

JH生物合成是調(diào)節(jié)昆蟲發(fā)育、變態(tài)和繁殖的重要過程，主要包括甲羥戊酸合成途徑和異戊二烯分支途徑。HMGR是甲羥戊酸合成途徑中的關(guān)鍵酶，直接影響JH的生物合成(嵇保中等, 2007; 劉艷等, 2007)。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，HMGR參與了昆蟲的生殖調(diào)控過程(Royetal., 2018)。例如：在桔小實(shí)蠅中發(fā)現(xiàn)，BdHMGR的敲除將顯著抑制卵巢的發(fā)育和雌蟲的產(chǎn)卵量。同樣，RNAi介導(dǎo)的棉鈴蟲蛹中HaHMGR基因的靶向沉默，顯著抑制了HaVg基因的轉(zhuǎn)錄水平及其雌蟲的產(chǎn)卵量(Wangetal., 2013)；在太平洋折翅蠊中也有同樣的發(fā)現(xiàn)(Yangetal., 2018)。在本研究中也發(fā)現(xiàn)，SfHMGR沉默后將顯著抑制白背飛虱雌成蟲的產(chǎn)卵量和卵巢的發(fā)育(圖4)，并且顯著抑制了SfVg基因的轉(zhuǎn)錄水平(圖5)，這與沉默SfHMGR下游的SfJHAMT,SfFAMeT,SfMet和SfKr-h1基因的結(jié)果(Huetal., 2019a, 2019b, 2020; Zhouetal., 2021)相似。SfHMGR作為JH生物合成的上游關(guān)鍵基因，是否可以通過下游的這些相關(guān)基因來調(diào)控白背飛虱的生殖？為了明確這一問題，在靶向沉默SfHMGR基因后測(cè)定了這些基因的轉(zhuǎn)錄水平。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，沉默SfHMGR基因后能夠顯著抑制SfJHAMT,SfFAMeT,SfKr-h1,SfVg和SfVgR基因的轉(zhuǎn)錄水平(圖5)，證明了先前猜測(cè)的正確性。另外，在太平洋折翅蠊中發(fā)現(xiàn)，同時(shí)沉默HMGR和JHAMT基因后，將顯著抑制JH生物合成下游相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄水平，降低JH生物合成的速率，并抑制脂肪體內(nèi)Vg的轉(zhuǎn)錄水平和雌蟲卵巢的發(fā)育(Huangetal., 2015)。在先前的研究中也發(fā)現(xiàn)，SfJHAMT和SfFAMeT基因被同時(shí)沉默后能夠顯著抑制卵巢的發(fā)育和雌蟲的產(chǎn)卵量，但是這種抑制作用能夠通過體外注射JH類似物烯蟲酯(methoprene)得到部分緩解(Zhouetal., 2021)。以上這些結(jié)果表明，HMGR通過影響JH生物合成過程及其JH的信號(hào)傳導(dǎo)來調(diào)控昆蟲體內(nèi)Vg的轉(zhuǎn)錄水平，進(jìn)而影響昆蟲的卵巢發(fā)育和雌蟲的產(chǎn)卵量。