昆虫鱼尼丁受体结构功能及抗性机制研究进展

双酰胺类杀虫剂可用于控制包括鳞翅目、鞘翅目等在内的多种重要农业害虫,作用机制新颖且对非靶标生物安全低毒,已成为目前全世界销量最高的杀虫剂品种之一。近期在抗性昆虫种群里发现的突变大幅降低了其效能,对各国的农业生产造成了巨大的经济损失。双酰胺类杀虫剂的分子靶标鱼尼丁受体作为近年来最受关注的新型热点靶标被广泛研究。本文总结了昆虫鱼尼丁受体结构和功能研究方面的最新发现,包括1)双酰胺类杀虫剂在昆虫鱼尼丁受体上的结合位点和作用方式;2)抗性突变对靶标结构功能的影响;3)双酰胺类杀虫剂结合位点以外的潜在新作用位点;4)传统和新作用位点在靶标和非靶标生物鱼尼丁受体上的结构差异,并对基于鱼尼丁受体结构的新一代绿色杀虫剂设计开发进行了展望。     

以昆虫鱼尼丁受体为靶标的化合物活性筛选方法研究进展

昆虫鱼尼丁受体(ryanodine receptor,RyR)是目前新型杀虫剂创制中备受关注的靶标之一。在以RyR为靶标的杀虫剂氟虫酰胺和氯虫酰胺商品化后,大量基于该靶标的新型化合物被设计并合成出来。为加速研发和快速准确筛选以昆虫RyR为靶标的药剂,主要以氟虫酰胺和氯虫酰胺的活性筛选研究为例,对作用于RyR化合物的各种活体筛选方法和离体筛选方法进行了综述。其中活体筛选方法主要包括:点滴法、浸叶法、浸卵法、浸虫法、注射法和喷雾法;离体筛选方法主要包括MTT法、膜片钳技术、荧光技术、膜片钳技术与荧光技术结合以及计算机模拟筛选。通过对各种方法的分析比较,认为离体筛选方法快速、准确,在新型RyR杀虫剂活性的筛选研究中将进一步得到应用。     

小菜蛾鱼尼丁受体基因克隆及序列分析

利用RT-PCR和RACE技术克隆了小菜蛾(Plutella xylostella)鱼尼丁受体(Px-RyR)基因,其核苷酸序列全长15 748bp,5′非编码区267bp,3′端非编码区109bp,开放阅读区全长为15 372bp(GenBank登录号:JF927788),编码5 123个氨基酸残基。估测其蛋白分子量为579.39ku,等电点为5.45。该基因编码氨基酸序列和其他鳞翅目昆虫RyR氨基酸序列比对相似性较高(92%),与哺乳动物3种亚型RyRs的相似性为45%～47%。此外,二级结构预测,其C-末端存在6个跨膜区域;且Px-RyR中存在一个出现4次重复,长度为89～95个氨基酸的RyR结构域,平均相似性为33%。     

草地贪夜蛾鱼尼丁受体与双酰胺类杀虫剂的结合模式及抗性风险分析

为研究草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda(以下简称FAW)对双酰胺类杀虫剂的抗性机制,根据FAW鱼尼丁受体(ranodine receptor,RyR)跨膜区域的氨基酸序列,通过同源建模的方法构建其三维结构;通过对比FAW与小菜蛾Plutella xylostella(以下简称DBM)RyR跨膜区域的...     

氯虫苯甲酰胺对小菜蛾鱼尼丁受体基因mRNA表达量的影响

采用实时荧光定量PCR研究比较了氯虫苯甲酰胺、甲氨基阿维菌素苯甲酸盐和溴虫腈对小菜蛾鱼尼丁受体基因mRNA表达量的影响,研究分析了低剂量氯虫苯甲酰胺连续处理和间断处理对小菜蛾鱼尼丁受体基因表达量的影响,以及对氯虫苯甲酰胺产生抗性的小菜蛾与敏感小菜蛾鱼尼丁受体基因表达量的差异。结果表明:氯虫苯甲酰胺可提高小菜蛾鱼尼丁受体基因表达量,而甲氨基阿维菌素苯甲酸盐和溴虫腈对其表达量均无影响;0.05和0.01 mg/L的氯虫苯甲酰胺均可使小菜蛾鱼尼丁受体基因表达量增加;对氯虫苯甲酰胺产生抗性的小菜蛾鱼尼丁受体基因表达量是敏感小菜蛾的5.79倍。研究结果有助于阐明氯虫苯甲酰胺的作用机理,并可能为筛选作用于鱼尼丁受体的新化合物提供参考。     

杀虫剂分子靶标烟碱型乙酰胆碱受体研究进展

昆虫烟碱型乙酰胆碱受体(nicotinic acetylcholine receptors,nAChRs)广泛分布于昆虫中枢神经系统,是杀虫剂作用的主要靶标。目前昆虫中该受体的天然亚基组成尚不完全明确。果蝇的任意α亚基与脊椎动物的一个β亚基共表达是目前最好的异源表达模型,但仍然急需新的研究工具,研究表明一些与受体相关的蛋白质影响着表达。胞内磷酸化的调节作用为今后受体药理学特性的研究提供了新方向。受体亚基上一些关键氨基酸在新烟碱杀虫剂对受体的选择作用中起重要作用。在对吡虫啉抗性的褐飞虱种群中找到了与抗性相关的突变位点,这为新烟碱类杀虫剂靶标不敏感性研究提供了直接证据。对昆虫烟碱型乙酰胆碱受体的分子多样性、功能表达、胞内调节机制、受体与杀虫剂的选择作用及其抗性分子机理等的研究进展进行了综述。     

新烟碱类杀虫剂毒理学研究进展

以吡虫啉和啶虫脒为代表的新烟碱类杀虫剂具有卓越的内肖活性及很高的残留活性。放射配基结合实验表明，新烟碱类杀虫剂对多种昆虫乙酰胆碱受体具有高亲和力，乙酰胆碱是其竞争性结合抑制剂，电生理学研究表明，该类杀虫剂与乙酰胆碱类似，可诱导瞬时内向电流，并可作用于药理学性质不同的昆虫烟碱型乙酰胆碱受体（nAChR)亚型，分子生物学研究进一步表明，该类杀虫剂主要作用于昆虫nAChRα亚基。     

甜菜夜蛾对氯虫苯甲酰胺抗性种群选育及鱼尼丁受体基因表达特征

为明确甜菜夜蛾Spodoptera exigua对氯虫苯甲酰胺的抗性发展及抗性种群中鱼尼丁受体(ryanodine receptor,RyR)基因的表达量变化,室内采用饲料混毒法进行甜菜夜蛾对氯虫苯甲酰胺的抗性选育,荧光定量PCR技术研究了抗性和敏感种群之间RyR基因mRNA表达量的差异。结果表明,室内选育31代后获得一个抗性倍数为105.60倍的甜菜夜蛾抗性种群,其mRNA表达量在甜菜夜蛾不同发育阶段及抗性种群和敏感种群之间均存在差异,以表达量最低的卵期作为对照,抗性种群中1龄幼虫表达量最高,是卵期的154.58倍;其次是雄性成虫,其表达量是卵期的101.51倍;2~5龄幼虫分别是卵期的59.56、35.35、72.99和19.84倍。抗性种群中1、2和4龄幼虫mRNA表达量分别是敏感种群的5.99、2.79和2.14倍,其余阶段低于敏感种群。表明甜菜夜蛾对氯虫苯甲酰胺的抗药性可能主要表现在幼虫阶段,RyR基因的表达量变化与氯虫苯甲酰胺诱导有关。     

新型广谱、安全的鱼尼丁受体杀虫剂

近期日本农药公司、拜尔公司和杜邦公司的科研人员宣布已经发现两类广谱的杀虫剂。此两类杀虫剂分属邻苯二甲酰胺类（Phthalic acid diamides）和邻甲酰氨基苯甲酰胺类（anthranilic diainides），是首次发现作用于靶标鱼尼丁受体（ryanodine receptor）的合成杀虫剂，是继双酰肼类之后又一重大发现。该发现将有利于有关抗性问题的解决，是选择性差、对人体健康有害的、     

有机磷类杀虫剂对非靶标水生动物的毒性机制研究进展

有机磷类杀虫剂对水域的污染已经对水生动物的生存构成严重威胁。该类农药的分子结构特征决定了其作用机制主要是通过抑制乙酰胆碱酯酶（AChE）的活性而对动物产生神经毒性,但仅此还不能解释此类杀虫剂暴露对动物机体所产生的多种毒性效应。大量研究表明,有机磷类杀虫剂除通过对AChE的干扰而对非靶标水生动物机体产生神经毒性并导致其行为异常外,还可作为内分泌干扰物（EEDs）对动物的生殖、发育和内分泌产生干扰作用,诱发机体的氧化应激过程、造成DNA损伤、导致遗传毒性及免疫功能下降等多种毒性效应。文章综述了有机磷类杀虫剂暴露对不同水生动物个体及种群发育的毒性作用,包括对神经功能以及行为的影响,对内分泌、生殖和发育的干扰及对氧化应激、DNA损伤、遗传毒性和免疫功能的影响等方面的研究进展,尝试分析了此类杀虫剂对非靶标水生动物的毒性机制并对相关领域研究发展进行了思考。     

Progress of modern agricultural chemistry and future prospects

Agriculture is facing an enormous challenge: it must ensure that enough high‐quality food is available to meet the needs of a continually growing population. Current and future agronomic production of food, feed, fuel and fibre requires innovative solutions for existing and future challenges, such as climate change, resistance to pests, increased regulatory demands, renewable raw materials or requirements resulting from food chain partnerships. Modern agricultural chemistry has to support farmers to manage these tasks. Today, the so‐called ‘side effects’ of agrochemicals regarding yield and quality are gaining more importance. Agrochemical companies with a strong research and development focus will have the opportunity to shape the future of agriculture by delivering innovative integrated solutions. This review gives a comprehensive overview of the innovative products launched over the past 10 years and describes the progress of modern agricultural chemistry and its future prospects. © 2015 Society of Chemical Industry     

抑制性谷氨酸受体(IGluRs)通道及其相关杀虫剂的作用

抑制性谷氨酸受体(IGluRs)属于半胱氨酸环配体门控离子通道超家族,主要介导神经和肌肉细胞中抑制性的神经传递,目前仅在无脊椎动物中发现,在脊椎动物中尚未发现,因此是高选择性杀虫剂的理想靶标。IGluRs主要分布在无脊椎动物的神经和肌肉组织中,对控制吞咽、运动、感知和保幼激素的生物合成等可能起关键作用。人们对IGluRs的了解大多来自于对线虫和模式昆虫的研究,目前在线虫中共发现了4种α亚基和1种β亚基,是否有一种新的亚基类型如γ亚基尚不确定,从昆虫体内仅克隆了α亚基。就生理功能和药理特性而言,IGluRs与γ-氨基丁酸(GABA)受体最为类似,但其氨基酸序列却与甘氨酸受体相似性最高。作用于IGluRs的杀虫剂包括阿维菌素/美倍霉素类、苯基吡唑类杀虫剂氟虫腈以及吲哚二萜类化合物Nodulisporic acid等。对IGluRs的生理功能、分子特性、药理性质及相关杀虫剂的作用机理等的研究进展进行了综述。     

杀虫剂的作用方式与分类

随着杀虫剂产品的逐渐增多,按照其作用方式进行分类显得十分重要,不仅有利于新化合物的合成与筛选,而且有助于了解其抗药性以及科学地使用。本文收集了杀虫剂(杀螨剂)共253种,分属19种不同的作用方式和60种不同的化合物类别。     

Binding Sites for Ca2+-Channel Effectors and Ryanodine in Periplaneta americana—Possible Targets for New Insecticides

The calcium channel and the ‘calcium release channel’ of muscle membrane of the cockroach Periplaneta americana have been characterized. Biological assays with calcium channel blockers and ryanodine on different insects and acari revealed pronounced insecticidal effects with ryanodine, but not with calcium channel blockers, at concentrations between 0·1 and 300 μg ml⁻¹. Skeletal muscle membranes derived either from the tubular network or from the sarcoplasmatic reticulum of P. americana were characterized with respect to the binding of the dihydropyridine (DHP) [³H]isradipine (PN 200-110), the phenyl-alkylamine [³H]verapamil and the alkaloid [³H]ryanodine. Preliminary binding studies with the benzothiazepine [³H]diltiazem suggest a low-affinity binding site with a IC₅₀ value of 3·3 μM . All binding sites tested were sensitive to treatment with proteinase K. Optimal conditions for binding of the radioligand ryanodine revealed the highest specific binding at pH 8 and at calcium chloride concentrations between 100 and 500 μM . EGTA at 10 μM abolished 95% of the ryanodine binding. Binding studies with calcium channel binding sites revealed a pronounced effect of low Ca²⁺ concentrations on specific isradipine binding, whereas verapamil and diltiazem binding were only reduced by the presence of 200 μM EGTA. With respect to high Ca²⁺ concentrations, specific binding of diltiazem, isradipine and verapamil was reduced by 73, 40 and 20%, respectively, at 5 mM Ca²⁺. Radioligand binding experiments showed high-affinity binding sites for ryanodine and isradipine. K_D values of 0·95 nM (B_max=550 fmol mg⁻¹ protein) and 0·75 nM (B_max=213 fmol mg⁻¹ protein) were determined respectively. A lower-affinity binding site was identified in binding studies with verapamil (K_D=7·4 nM and B_max=27 fmol mg⁻¹ protein). [³H]isradipine displacement studies with several dihydropyridines revealed the following ranking of affinity: nitrendipine>isradipine>Bay K8664≪nicardipine. Displacement of [³H]verapamil binding by effectors of the phenylalkylamine binding site showed that bepridil and S(-)verapamil had the highest affinities of the compounds tested followed by (±)verapamil, nor-methylverapamil and R(+)verapamil.     

真菌防治蝗虫研究进展

蝗虫是世界性重大成灾害虫,时常在草原、沙漠区或农作区暴发为害.当前的非洲沙漠蝗灾害再次提醒人们,蝗灾依然是粮食生产和生态安全的严重威胁.在寻求绿色可持续防蝗的新策略新技术研究中,昆虫病原真菌显现出种类多、毒力强、易规模化生产及环境友好等明显优势而倍受重视.近30年,真菌防蝗研究和应用进步加快,国际、国内都有真菌防蝗产品...     

丁吡吗啉对致病疫霉的作用机制初探

丁吡吗啉(pyrimorph)是一种结构新颖的杀菌剂,室内生物测定结果表明,其对致病疫霉Phytophthora infestans的菌丝生长、孢子囊产生、休止孢萌发具有较强的抑制作用,其EC50值分别为0.066、0.059和0.550 μg/mL,但对游动孢子释放的抑制作用较弱,其EC50值为 9.78 μg/mL。显微镜下观察结果表明,经丁吡吗啉处理后的菌丝分枝相对较少,分枝间距拉长,但对 菌丝直径无影响;从致病疫霉对番茄叶片的侵染过程来看,丁吡吗啉浓度为100 μg/mL时,处理24 h后在叶片表面只能看到少量休止孢萌发,96 h后未产生孢子囊。丁吡吗啉在1 μg/mL和10 μg/mL 时对菌丝体细胞膜的电导率无影响,但当浓度为50 μg/mL时其电导率值明显上升;初步测定结果表明,在100 μg/mL浓度下,其对致病疫霉菌丝体的蛋白质合成有一定的抑制作用,但对其菌丝体内的DNA合成没有明显的抑制作用。