解毒酶和转运蛋白介导的害虫抗药性分子机制研究进展

害虫抗药性是导致杀虫剂防效降低的一个重要因素,而抗性机制的阐明是害虫抗药性综合治理的基础。研究表明,代谢能力增强是害虫抗药性产生的重要原因,害虫对杀虫剂等外源物质的代谢需要细胞色素P450酶系(P450s)、羧酸酯酶(CarEs)、谷胱甘肽S-转移酶(GSTs)、UDP-葡萄糖醛酸转移酶(UGTs)和ATP结合盒转运蛋白(简称ABC转运蛋白)等解毒酶和转运蛋白的参与。结合近年来对害虫抗药性分子机制的研究进展,本文综述了上述解毒酶和转运蛋白参与杀虫剂抗药性的分子机制,并对害虫抗药性治理的新方法进行了展望。     

解毒酶和转运蛋白介导的害虫抗药性分子机制研究进展

害虫抗药性是导致杀虫剂防效降低的一个重要因素,而抗性机制的阐明是害虫抗药性综合治理的基础。研究表明,代谢能力增强是害虫抗药性产生的重要原因,害虫对杀虫剂等外源物质的代谢需要细胞色素P450酶系(P450s)、羧酸酯酶(CarEs)、谷胱甘肽S-转移酶(GSTs)、UDP-葡萄糖醛酸转移酶(UGTs)和ATP结合盒转运蛋白(简称ABC转运蛋白)等解毒酶和转运蛋白的参与。结合近年来对害虫抗药性分子机制的研究进展,本文综述了上述解毒酶和转运蛋白参与杀虫剂抗药性的分子机制,并对害虫抗药性治理的新方法进行了展望。     

昆虫对拟除虫菊酯类杀虫剂的代谢抗性机制研究进展

随着拟除虫菊酯类杀虫剂在卫生和农业害虫防治中的广泛应用,昆虫对此类杀虫剂产生抗性的报道越来越多。目前已明确昆虫对拟除虫菊酯类杀虫剂的抗性机制包括表皮穿透率下降、靶标抗性以及代谢抗性,其中代谢抗性机制较为普遍,而且其与昆虫对多种杀虫剂的交互抗性关系密切。目前,随着基因组、转录组以及蛋白质组学等新技术的发展及应用,昆虫对拟除虫菊酯类杀虫剂的代谢抗性机制研究也取得了很多新进展。昆虫体内细胞色素P450酶（P450s）、羧酸酯酶（CarE）及谷胱甘肽S-转移酶（GSTs）等重要解毒酶系的改变均与昆虫对拟除虫菊酯类杀虫剂的代谢抗性有关,其中这3类解毒酶的活性及相关基因表达量的变化是昆虫对此类杀虫剂产生代谢抗性的主要原因。明确昆虫对拟除虫菊酯类杀虫剂的代谢抗性机制,对合理使用此类杀虫剂及延缓抗药性的产生均具有重要意义。本文在总结拟除虫菊酯类杀虫剂代谢路径及相关生物酶研究概况的基础上,综述了近年来有关昆虫对此类杀虫剂代谢抗性机制研究的主要进展。     

抗阿维菌素小菜蛾的细胞色素P450酶系研究

通过对不同发育时期敏感和抗阿维菌素小菜蛾品系细胞色素P450含量的测定,以及使用不同模式底物对P450单加氧酶活性的比较研究发现:除成虫期外,不同发育时期抗性品系小菜蛾中P450和细胞色素b5的含量都高于敏感品系;抗性品系还原型辅酶Ⅱ(NADPH)-细胞色素P450还原酶活性是敏感品系的1.97倍;同时发现抗性品系中甲氧试卤灵-O-脱甲基酶(MROD)、乙氧试卤灵-O-脱乙基酶(EROD)、乙氧基香豆素-O-脱乙基酶(ECOD)以及对硝基苯甲醚-O-脱甲基酶(PNOD)的活性均明显高于敏感品系,分别为敏感品系的9.41、4.15、1.67和2.94倍。研究结果表明,细胞色素P450含量和单加氧酶活性的增高是小菜蛾对阿维菌素产生抗性的一个重要机制。     

寄生蜂细胞色素P450基因家族进化分析

寄生蜂是重要的天敌昆虫,被广泛应用于生物防治,但在实际生产应用中面临诸多问题,如环境适应性和耐药性问题。细胞色素P450是真核生物中广泛存在的超基因家族酶系,参与农药、植物次生代谢物及环境有害物质等的代谢,同时也参与昆虫体内多种内源性化合物的合成与代谢。本文通过对植食性榕小蜂和9种寄生蜂基因组数据的生物信息学分析,共获得615个P450基因,分析表明不同寄生蜂P450基因家族的差异主要发生在CYP3和CYP4簇,而CYP2和Mito簇相对保守;相较于外寄生蜂,内寄生蜂的P450超基因家族有明显的收缩现象;此外,发现了2个在寄生蜂中1：1：1高度保守的P450基因,CYP18和CYP314,以及茧蜂特有的CYP304基因和内寄生蜂特有的CYP28基因。本研究从基因组水平系统地分析了寄生蜂P450超基因家族的进化,为寄生蜂的遗传改良和规模化饲养等提供理论基础。     

重大实蝇类昆虫解毒代谢基因的研究进展

实蝇类昆虫种类很多,其中地中海实蝇Ceratitis capitata、橘小实蝇Bactrocera dorsalis、瓜实蝇B. cucurbitae等严重为害多类果蔬,造成巨大经济损失,是国际重要检疫性或入侵性害虫。目前,杀虫剂仍然是防治实蝇类害虫的重要手段,但是多种实蝇因已经产生抗药性而导致防治困难。在昆虫抗药性产生与发展中,解毒代谢家族基因起着十分重要的作用。本文综述了实蝇科重要经济性昆虫包括橘小实蝇、瓜实蝇、油橄榄果实蝇B. oleae、昆士兰果实蝇B. tryoni、辣椒果实蝇B. latifrons、桃果实蝇B. zonata、木瓜果实蝇B. papayae、杨桃果实蝇B. carambolae、柑橘大实蝇B. minax、地中海实蝇、苹绕实蝇Rhagoletis pomonella、雪果绕实蝇R. zephyria和泽兰始实蝇Procecidochares utilis等的细胞色素P450酶、酯酶、谷胱甘肽S转移酶、ABC转运蛋白这4类解毒代谢基因方面的研究进展,为全面深入了解研究实蝇科昆虫应对有毒有害物质的生理和遗传机制以及研发实蝇类害虫化学防治新策略、新技术等提供参...     

细胞色素P450s酶系催化除草剂代谢的研究进展

综述了细胞色素P450s酶系催化的单加氧反应机理,细胞色素P450s酶系在酰胺类、三氮苯类、磺酰脲类、脲类、苯氧羧酸类等除草剂的活性或降解代谢中的催化反应。讨论了研究细胞色素P450s酶系代谢作用在除草剂选择性、抗药性机理,抗除草剂作物的培育以及除草剂安全剂的解毒机理等方面的意义。     

吡唑解草酯对小麦细胞色素P450的诱导作用及其光谱特征

用吡唑解草酯浇灌小麦,试验结果表明,50μmol/L吡唑解草酯处理抗6号小麦,可使其细胞色素P450含量达到最大值108.18 pmol/mg蛋白质,为对照组的1.67倍;100μmol/L吡唑解草酯处理敏18号小麦,可使其细胞色素P450含量达到最大值80.97 pmol/mg蛋白质,为对照组的1.86倍。吡唑解草酯对两个小麦品种的细胞色素P450均有诱导作用,抗6号小麦更容易被诱导,这与两小麦品种的耐药性一致。室温(20±1)℃下扫描不同时间的细胞色素P450-CO结合光谱,结果表明,微粒体粗提液室温(20±1)℃保存200 min后,细胞色素P450完全转变为细胞色素P420。     

亚致死剂量氟啶虫胺腈对灰飞虱细胞色素P450的影响

为明确氟啶虫胺腈对灰飞虱Laodelphax striatellus细胞色素P450的影响,评估其抗药性风险,采用点滴法、酶活力分析法和实时荧光定量PCR法分别测定了氟啶虫胺腈对灰飞虱的毒性及对其细胞色素P450酶活力和P450基因表达量的影响。结果表明,氟啶虫胺腈对灰飞虱的致死中量LD_(50)随着虫龄的增加而升高,1~5龄若虫的LD_(50)为0.10~0.94 ng/头,雌、雄成虫的LD_(50)分别为1.09 ng/头和1.07 ng/头。氟啶虫胺腈对4龄若虫的亚致死剂量LD_(10)、LD_(30)和LD_(50)分别为0.17、0.41、0.76 ng/头,处理灰飞虱4龄若虫后可将其体内P450酶活力分别显著提高1.60、1.97和1.22倍;而各处理响应的P450基因的种类和数量不同,但相对表达量均受到诱导;CYP4DE1、CYP426A1、CYP303A1、CYP4C、CYP6FK1和CYP4C71v2的相对表达量表现出时间效应,表达量高峰在处理后24 h或48 h。表明不同亚致死剂量的氟啶虫胺腈在特定时间点可提高相应的细胞色素P450基因表达量,从而使酶蛋白量增加,可能导致灰飞虱体内细胞色素P450酶活力上升。     

有机磷类杀虫剂代谢机制研究进展

文章对有机磷类杀虫剂代谢机制的研究进展以及昆虫对此类杀虫剂的相关代谢抗性机制进行了总结,阐述了有机磷杀虫剂的生物代谢途径及相关代谢酶系。在生物体中,有机磷类杀虫剂主要发生氧化代谢、水解代谢和轭合代谢等反应。其氧化代谢主要在细胞色素P450酶系(P450s)的催化作用下进行,其中,最重要的氧化反应是硫代有机磷酸酯类杀虫剂氧化脱硫形成生物毒性更高的有机磷氧化物的反应,以及氧化脱芳(烷)基化的反应;有机磷杀虫剂及其氧化产物在生物体内还可发生水解代谢反应,在对氧磷酶PON1等磷酸三酯酶的催化作用下,水解生成低毒性或者无毒的代谢物;有机磷杀虫剂的轭合代谢主要是在谷胱甘肽硫转移酶(GSTs)的催化下进行的。昆虫对有机磷类杀虫剂的代谢抗性与昆虫中参与此类杀虫剂代谢的解毒酶的改变密切相关,其中,与有机磷类杀虫剂代谢相关的P450s基因的过量表达和酶活性增强、丝氨酸水解酯酶的过量表达及基因突变、GSTs基因的过量表达等,均可导致铜绿蝇Lucilia cuprina、桃蚜Myzus persicae等昆虫对二嗪磷和马拉硫磷等有机磷类杀虫剂的代谢抗性。明确有机磷类杀虫剂的结构特点、代谢途径以及昆虫对此类杀虫剂的代谢抗性机制,对掌握有机磷类杀虫剂的毒理学机制,安全有效地使用此类杀虫剂,有效治理害虫对有机磷类杀虫剂的抗药性,以及开发生物选择性好的新型有机磷类杀虫剂,均具有重要意义。     

RNAi介导的棉铃虫细胞色素P450酶系几种组分基因沉默对高效氯氰菊酯毒力的影响

为进一步明确细胞色素P450 CYP6B7、细胞色素b5(cytochrome b5,Cyt-b5)和细胞色素P450还原酶(cytochrome P450 reductase,CPR)在棉铃虫Helicoverpa armigera (Hübner)对拟除虫菊酯类药剂抗性中的作用,通过RNA干扰技术沉默了抗氰戊菊酯棉铃虫中3种组分的基因,并测定基因沉默后高效氯氰菊酯对棉铃虫的毒力变化.结果显示,经单个CYP6B7或CYP6 B7与CPR、Cyt-b5基因的双链RNA注射处理后12 ～ 48 h,棉铃虫幼虫死亡率在19.4％ ～ 92.5％之间,明显高于空白对照处理的10.47％ ～ 62.87％;高效氯氰菊酯对基因沉默后幼虫的LD50值随着时间的延长而逐渐下降,12～48 h的LD50值在0.97～2.97 μg/头之间,而空白对照处理为2.27 ～ 3.57μg/头.研究表明,细胞色素P450 CYP6B7,或CYP6B7与CPR、Cyt-b5基因的沉默,可提高高效氯氰菊酯对抗性棉铃虫的毒力,进一步证明了CYP6B7、CPR和Cyt-b5在棉铃虫对菊酯类药剂抗性中起着重要作用.     

大草蛉P450基因cDNA片段的克隆及吡虫啉诱导表达

本研究根据不同昆虫细胞色素单加氧酶P450基因CYP4基因家族保守氨基酸序列,设计简并引物,通过RT-PCR扩增出了大草蛉Chrysopa septempunctata P450基因417 bp cDNA片段,命名为CSP450。该片段编码138个氨基酸残基,与已公布的烟草天蛾Manduca sexta、赤拟谷盗Tribolium castaneum、嗜卷书虱Liposcelis bostrychophila、玉米夜蛾Laphygma exigua、家蚕Bombyx mori、不吉按蚊Anopheles funestus和红火蚁Solenopsis invicta的CYP4 P450氨基酸序列进行比对,其相似性分别为59%、59%、54%、54%、58%、54%、54%。研究表明,用1 mg/L的吡虫啉溶液对大草蛉幼虫进行诱导,实时荧光定量PCR技术检测大草蛉体内CSP450基因的转录表达呈上调趋势,推测该基因可能参与了大草蛉体内吡虫啉的分解代谢过程。     

小菜蛾CYP6BG1基因体外真核表达及其对氯虫苯甲酰胺的代谢

小菜蛾Plutella xylostella是为害十字花科作物的世界性重要害虫,对氯虫苯甲酰胺产生了严重抗性。已经明确小菜蛾CYP6BG1的过量表达与其对氯虫苯甲酰胺的抗性相关。本文进一步通过昆虫杆状病毒表达系统在Sf9细胞中表达了小菜蛾CYP6BG1和NADPH-细胞色素P450还原酶(CPR)蛋白,并检测Sf9细胞表达CYP6BG1蛋白后对氯虫苯甲酰胺的敏感变化及氯虫苯甲酰胺经CYP6BG1蛋白代谢后对小菜蛾幼虫毒力的变化。结果显示:Sf9细胞中与CPR共表达的CYP6BG1具有7-乙氧基香豆素O-脱乙基酶活性,且细胞对氯虫苯甲酰胺的敏感性显著下降。将表达的蛋白与不同浓度的氯虫苯甲酰胺孵育24 h后,对3龄小菜蛾幼虫致死率显著低于对照组。本研究结果间接表明CYP6BG1能够降解氯虫苯甲酰胺,从而增强小菜蛾对氯虫苯甲酰胺的抗性。     

基于转录组测序解析草地贪夜蛾对溴氰虫酰胺的解毒代谢分子机制

为阐明草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda对溴氰虫酰胺的解毒代谢分子机制,通过LC₅₀的溴氰虫酰胺诱导草地贪夜蛾3龄幼虫后,利用酶活测定和转录组测序鉴定解毒代谢相关基因,并采用实时荧光定量PCR技术对细胞色素P450单加氧酶(cytochrome P450 monooxygenase,P450)基因进行验证分析。结果表明,经LC₅₀的溴氰虫酰胺处理后,草地贪夜蛾3龄幼虫体内3种解毒代谢酶活性较对照均有所升高,但仅P450活性较对照显著升高,而谷胱甘肽S-转移酶和羧酸酯酶与对照无显著差异。经LC₅₀的溴氰虫酰胺处理后草地贪夜蛾3龄幼虫转录组中共筛选到1 408个差异表达基因,其中上调表达的基因有935个,下调表达的基因有473个。药物代谢-细胞色素P450通路、药物代谢-其他酶通路及细胞色素P450对异生物质的代谢通路中有超过20个基因存在差异表达。在草地贪夜蛾转录组中筛选鉴定到121个P450基因,其中,属于CYP2、CYP3、CYP4以及Mito家簇的基因分别有9、45、58和9个,而经LC_5...     

黏虫CYP9A113基因的克隆及外源物质对基因表达的诱导效应

黏虫是我国作物上最重要的害虫之一。细胞色素P450能够参与昆虫外源物质代谢。本研究采用RACE技术克隆了一条编码黏虫P450基因的cDNA序列,并通过Real-time PCR技术,检测了4种外源物质对该基因表达的诱导效应。该基因被国际P450命名委员会命名为CYP9A113,GenBank登录号为KY436739。利用2.5%高效氯氟氰菊酯乳油的LD_(50)处理黏虫3 h,LD_(10)、LD_(30)和LD_(50)处理12 h和24 h,可诱导表达CYP9A113基因;20%氯虫苯甲酰胺悬浮剂的LD_(10)处理黏虫12、24和48 h,LD_(30)和LD_(50)处理24 h,CYP9A113基因表达呈诱导效应;0.1和0.5 mg/mL香豆素处理6、12、24和48 h,CYP9A113基因表达均呈诱导效应;0.1和0.5 mg/mL吲哚-3-甲醇处理3、6、12、24和48 h,CYP9A113基因表达均呈诱导效应。     

细胞色素P450基因在棉蚜生物型间的分化

通过分析细胞色素P450基因在单倍型Hap1和Hap3型棉蚜中的变异情况, 探讨棉蚜相关研究中引入生物型概念的重要性。检索文献数据库中棉蚜P450相关研究论文, 从中筛选目标P450信息, 获取基因序列并分析整理。将获得的P450基因与Hap1和Hap3型棉蚜基因组数据进行比对, 建立对应关系。根据基因组数据, 整理出P450基因在染色体的位置、基因编码及序列组成等信息。利用生物信息学软件, 分析P450基因所在区域基因组序列在两型棉蚜中的缺失、插入、取代、复制和倒置等变异信息。通过文献数据检索, 获得14篇有关棉蚜P450功能的文献, 棉蚜种群分别来源于棉花、黄瓜和青椒等寄主, 涉及17个P450基因序列, 功能包含对3种植物次生物质和7种化学农药的解毒代谢。分析发现P450在CDS (coding sequence)序列、基因结构及基因所处基因组区域等方面发生变异。由于不同生物型棉蚜所处生境的差异, 受到的寄主植物次生物质胁迫、气候环境胁迫和农药胁迫等不同, 导致解毒基因出现分化, 在棉蚜相关研究中需考虑到棉蚜生物型分化的问题。     

日本看麦娘对高效氟吡甲禾灵代谢抗性的初步研究

为了明确日本看麦娘对高效氟吡甲禾灵(haloxyfop-R-methyl)的代谢抗性机理,研究了抗性和敏感生物型体内细胞色素P450还原酶(cytochrome P-450 monooxygenases,P450)和谷胱甘肽-S-转移酶(glutathione-S-transferases,GSTs)的活性差异。结果表明,未用药剂处理时,抗性日本看麦娘P450与GSTs的活性均高于敏感日本看麦娘。高效氟吡甲禾灵茎叶喷雾处理2 d后,敏感植株反应剧烈,P450与GSTs活性均呈现急剧的变化趋势,而抗性种群的变化趋势平缓。处理后第6 d,敏感种群较抗性种群先出现下降趋势,其活性也明显低于抗性种群。处理后第10 d活性均降到最低,并且依然低于施药初期。从而可以得出:高效氟吡甲禾灵被抗性日本看麦娘体内的细胞色素P450还原酶催化,经过羟化作用迅速解毒,并在GSTs的催化下形成了无毒或低毒的化合物,使其免受伤害。表明代谢酶活性增强是日本看麦娘对高效氟吡甲禾灵产生抗性的机理之一。     

多功能氧化酶系与甜菜夜蛾对氯氟氰菊酯抗药性的关系

比较了甜菜夜蛾Spodoptera exigua (Hübner)抗氯氟氰菊酯品系和敏感品系5龄幼虫中肠、脂肪体及体壁微粒体细胞色素P450的含量,结果表明,抗性和敏感品系不同组织细胞色素P450的含量均为中肠＞脂肪体＞体壁,抗性品系中肠、脂肪体及体壁细胞色素P450的含量分别是敏感品系的1.78、1.54及1.37倍。中肠微粒体甲氧试卤灵-O-脱甲基酶、乙氧试卤灵-O-脱乙基酶、乙氧香豆素-O-脱乙基酶、芳香基羟基化酶及艾氏剂环氧化酶的活性测定结果表明,抗性品系中肠5种酶的活性分别比敏感品系的酶活性提高1.33、1.73、1.40、1.51及1.30倍,说明甜菜夜蛾对氯氟氰菊酯的抗药性与微粒体多功能氧化酶活性的提高密切相关。     

虫害诱导的植物挥发性次生物质及其对寄生蜂的招引作用

在植物—植食性昆虫—寄生蜂三级营养系统中,虫害诱导的植物挥发性次生物质是当前害虫生物防治、化学生态学和昆虫行为学研究的热点之一。本文概述了虫害诱导的植物挥发性次生物质的特性及其对寄生蜂的招引作用,可望为害虫生物防治研究提供参考。     

基于转录组测序技术分析吡虫啉或氟啶虫胺腈对麦二叉蚜细胞色素P450基因表达的影响

为了筛选出麦二叉蚜Schizaphis graminum 参与吡虫啉或氟啶虫胺腈代谢调节的细胞色素P450(P450) 基因,采用浸渍法,用吡虫啉或氟啶虫胺腈处理麦二叉蚜24 h后,通过构建转录组测序文库,并进行RNA-seq测序,筛选出差异性表达的P450基因,并进行实时荧光定量PCR(qPCR) 验证。结果表明:用吡虫啉处理麦二叉蚜后,有19个P450基因上调表达,15个P450基因下调表达;用氟啶虫胺腈处理麦二叉蚜后,有18个P450基因上调表达,15个P450基因下调表达。运用qPCR验证了吡虫啉对12个P450基因的诱导表达,其结果与DGE测序文库显示的结果基本一致。这些结果可为深入研究麦二叉蚜P450对蚍虫啉和氟啶虫胺腈的解毒代谢作用提供依据。