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。     

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。     

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。     

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...     

二化螟对双酰胺类杀虫剂抗性的分子机制研究进展

新型双酰胺类杀虫剂已广泛用于保障水稻生产,而二化螟作为危害水稻生产的钻蛀性害虫,已经对该类杀虫剂产生了抗性,明确该类杀虫剂抗性分子机制,可为二化螟抗性快速检测和绿色防控提供技术支撑。本文在总结二化螟对双酰胺类杀虫剂抗性现状的基础上,重点综述了近年来有关其抗性分子机制研究的进展,主要包括解毒酶和转运蛋白基因过表达介导的代谢抗性,以及鱼尼丁受体基因突变介导的靶标抗性;指出了该研究领域在抗性分子检测、抗性新基因鉴定、抗性基因调控网络和多重抗性机制等方面存在的问题,并展望了其发展方向,认为：利用高通量测序技术检测害虫种群抗药性;利用多组学技术鉴定新抗性基因及调控网络,以探明多重抗性机制;将反向遗传学工具放射性配基结合及电生理技术深入验证抗性基因功能;需开发靶向抗性基因的dsRNA转基因作物、纳米农药及选择性新型化学杀虫剂,以达到杀虫剂减施增效的目的。     

棉铃虫对化学杀虫剂的抗性现状及分子机制研究进展

棉铃虫Helicoverpa armigera是一种世界性分布的重大杂食性农业害虫,长期大量使用化学药剂防治棉铃虫导致其对不同种类杀虫剂产生了抗性。抗性分子机制的阐明有利于棉铃虫的科学防控和抗性治理。该文主要综述棉铃虫对化学杀虫剂的抗性发展现状,以及近年来棉铃虫抗药性分子机制的研究进展,包括解毒酶代谢能力增强、靶标敏感性降低和表皮穿透能力下降等方面,并就未来研究工作和棉铃虫抗性治理新技术进行了展望。     

棉蚜对新烟碱类杀虫剂的抗性现状及其治理策略

棉蚜Aphis gossypii Glover是棉花生产中最严重的害虫之一。长期以来防治棉蚜主要依赖于化学杀虫剂,其中新烟碱类杀虫剂扮演着十分重要的角色,但由于其长期、大量的使用,棉蚜已对该类杀虫剂产生了较高水平的抗性,严重影响了对棉蚜的防治效果。抗性机制研究表明,棉蚜对新烟碱类杀虫剂产生抗性的机制主要涉及解毒代谢能力增强和靶标敏感性下降。细胞色素P450、羧酸酯酶、谷胱甘肽S-转移酶、UDP-葡糖基转移酶等解毒酶基因过量表达介导的解毒代谢增强和烟碱型乙酰胆碱受体β1亚基突变引起的靶标敏感性下降是棉蚜对新烟碱类杀虫剂产生抗性的关键。针对我国棉蚜对新烟碱类杀虫剂抗性问题突出的现状,为更好地利用该类药剂防治棉蚜,亟需根据棉蚜抗性机制制定合理的抗性治理策略。本文将从棉蚜对新烟碱类杀虫剂的抗性现状、抗性机制以及抗性治理策略等方面进行综述,以期为抗性棉蚜的科学治理提供参考。     

灰飞虱对杀虫剂的抗性分子机制研究进展

灰飞虱是中国长江流域和黄淮地区重要的农业害虫,由于杀虫剂的广泛与大量使用,已导致其对多种杀虫剂产生了抗性。深入研究其抗药性分子机制,可为灰飞虱抗性的快速检测和治理提供重要理论基础。文章总结了灰飞虱对毒死蜱、吡虫啉、溴氰菊酯、噻嗪酮、氟虫腈和乙虫腈等杀虫剂的抗性分子机制研究进展,主要包括抗性相关解毒酶和转运蛋白基因的筛选与功能验证,以及靶标位点突变等重要研究成果,指出该研究领域当前存在的问题主要有抗性基因的功能验证及调控路径、抗性新基因的鉴定及交互抗性和多重抗性机制不明确等,并展望了其未来发展方向,认为:可利用CRISPR/Cas9基因编辑技术验证抗性基因功能;可将转录组测序结合生物信息学手段用于鉴定新抗性基因及抗性调控基因,以探明交互抗性和多重抗性机制;应深入至蛋白组学水平探讨抗性机制;需开发配套的高效田间施药技术,以达到杀虫剂减施增效的目的。     

主要农业害虫对茚虫威的抗性现状及其治理策略

茚虫威属于噁二嗪类杀虫剂,与大多数杀虫剂不同的是其进入害虫体内需要经活化代谢转变成N-去甲氧羰基代谢物(decarbomethoxylated metabolite,DCJW)后不可逆地阻断钠通道,进而发挥杀虫活性。茚虫威由于其作用机制不同于常见的使钠离子通道延迟关闭的菊酯类药剂而被广泛用于鳞翅目和一些同翅目、鞘翅目害虫的防治。抗药性是任何杀虫药剂使用后面临的问题,茚虫威也不例外,许多害虫对其产生了不同程度的抗性。昆虫对茚虫威产生抗性的机制包括酯酶活性、谷胱甘肽S-转移酶(glutathione S-transferase,GST)和P450活性的增加以及分子靶标F1845Y、V1848I、L1014P的突变,这些对茚虫威抗性机制的研究基本都是基于抗性种群和敏感种群开展的,需要进一步验证其对抗性研究的贡献度。针对我国田间害虫种群对茚虫威的抗性现状,及时实施对茚虫威有效的抗性治理是迫切的。对于茚虫威的抗性治理除了传统的杀虫药剂轮用、混用外,需要利用其作用机制特点开展抗性治理策略研究。一是充分利用其活化代谢的特点,开展组合药剂的研究应用;二是菊酯类药剂和茚虫威的作用机制均与钠离子通道有关,...     

基于全长转录组测序的稻秆潜蝇解毒代谢相关基因筛选

为筛选水稻害虫稻秆潜蝇Chlorops oryzae潜在的解毒代谢酶基因，利用PacBio Sequel Ⅱ测序平台对稻秆潜蝇幼虫进行全长转录组测序，基于测序结果筛选稻秆潜蝇的解毒代谢相关基因谷胱甘肽S-转移酶（glutathione S-transferase，GST）基因、羧酸酯酶（carboxylesterase，CarE）基因和细胞色素P450（cytochrome P450，CYP450）基因，并检测其在稻秆潜蝇不同发育阶段的相对表达量。结果表明，对稻秆潜蝇进行测序得到18 100条去冗余转录本序列，共有16 283条序列得到注释。通过比对分析共筛选出8条GST、12条CarE和28条CYP450基因序列，这些基因在稻秆潜蝇不同发育阶段的表达量具有显著差异，表明不同虫态的稻秆潜蝇其解毒代谢能力可能不同。此外，还筛选到1 452个lncRNA序列，以及176个潜在的lncRNA靶基因序列，其中4个与解毒代谢基因相关。表明筛选获得的稻秆潜蝇解毒代谢酶基因及lncRNA靶基因可用于后续该虫的潜在抗药性研究及防治药剂筛选。     

棉叶螨的抗药性现状与治理策略

棉叶螨也称为棉红蜘蛛,属蛛形纲叶螨科,其种类繁多,分布范围广,世代周期短,是为害棉花的一类重要害螨。目前,用于防治棉叶螨的化学药剂主要是神经毒剂及呼吸抑制剂2大类,且棉叶螨对多数药剂产生了不同程度的抗性,以二斑叶螨Tetranychus urticae为首的植食性害螨已成为世界上抗药性最严重的节肢动物之一。美国路易斯安那州棉田二斑叶螨种群对阿维菌素产生了1 415倍抗性,而国内棉花上棉叶螨主要对有机磷类药剂产生了较强抗性,最高为467倍。棉叶螨产生抗药性的机制主要涉及靶标突变及解毒代谢增强,其中靶标突变主要涉及乙酰胆碱酯酶、电压门控钠离子通道和谷氨酸门控氯离子通道等;细胞色素P450单加氧酶、羧酸酯酶和谷胱甘肽S-转移酶等一种或多种解毒酶共同参与害螨对化学药剂的解毒代谢。该文主要从棉叶螨的种类及分布、用于防治棉叶螨的化学药剂、棉叶螨的抗药性现状、抗药性机制解析和抗药性治理策略5个方面进行阐述,提出因地制宜的抗药性治理策略,旨在为棉叶螨的田间防治提供指导。     

黄帚橐吾乙醇提取物对黏虫毒力及其解毒酶系活性的影响

黏虫(Mythimna separata)是典型的杂食性迁飞性农业害虫，每年都给我国的农业生产造成极大的经济损失。测定黄帚橐吾(Ligularia virgaurea)乙醇提取物对黏虫幼虫的毒力，并从细胞色素P450(CYP450)、谷胱甘肽-S-转移酶(GST)、羧酸酯酶(CarE)、酸性磷酸酯酶(ACP)和碱性磷酸酯酶(ALP)等解毒酶系活性的角度研究黏虫幼虫对该药物的生理生化响应。结果表明，黄帚橐吾乙醇提取物对黏虫幼虫有较强的生物活性，LC₅₀为3.655 mg/mL;CYP450活性在前8 h略有上升，12 h后显著降低(P<0.05);GST活性在4 h时被显著激活，随后受到极显著抑制(P<0.01);3种酯酶活性整体表现出逐渐降低的趋势。上述酶活性变化表明CYP450和GST可能参与了黏虫对黄帚橐吾提取物的代谢过程，但其最终被显著抑制的结果提示黄帚橐吾源农药较难使黏虫产生抗药性，具备被开发成为新型生物农药的潜力。     

基于转录组数据的害虫抗药性综合检测方法

为建立基于转录组数据的害虫抗药性检测方法,以3种重要害虫家蝇Musca domestica、白纹伊蚊Aedes albopictus和小菜蛾Plutella xylostella的8个抗性/敏感种群的转录组数据为对象,使用已开发的乙酰胆碱酯酶抗性突变检测程序ACE检测不同种群中的乙酰胆碱酯酶抗药性突变,并使用Bowtie 2软件和R程序包DESeq2检测其解毒酶基因的表达量变化,分析这3种害虫对有机磷类和氨基甲酸酯类杀虫剂的抗性分子基础。结果显示,在家蝇2个抗性种群KS8S3和ALHF中检测到ace2基因上发生了G227A抗药性突变,突变频率分别为0.318和1.000;在白纹伊蚊抗性种群Tem-GR中检测到CCEae3a基因的表达量较敏感种群Par-GR上调了7.175倍;在小菜蛾抗性种群ZZ中检测到ace1基因上发生A201S和G227A抗药性突变,突变频率分别为0.656和0.692。根据上述突变频率和解毒酶基因表达量变化评估的3种害虫种群抗药性情况与其之前的报道基本相符,表明基于转录组数据同时对靶标抗性机制和代谢抗性机制进行检测的害虫抗药性综合检测方法可以很好地反映害虫种群的抗药性状况。     

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...     

微粒体多功能氧化酶及其与昆虫抗药性的关系

经常使用同一农药防治同一害虫,由于害虫或害螨产生了抗药性,使得杀虫剂的防治效果降低,造成一些害虫,害螨再猖獗,次要害虫暴发为害。昆虫产生抗药性的原因是多方面的,其中以一种解毒酶,即多功能氧化酶的活性增高最为重要。近年来,害虫或害螨抗药性日趋严重,抗性种类增加很多,     

苹果蠹蛾对高效氯氟氰菊酯的抗性现状、机制及治理策略

苹果蠹蛾Cydia pomonella属鳞翅目卷蛾科,是全球仁果类水果种植地区最重要的果树害虫之一,也是我国重大农业入侵物种,对全球水果生产造成严重威胁。当前主要采用高效氯氟氯氰菊酯等杀虫剂对苹果蠹蛾进行防治,杀虫剂的频繁使用导致其对高效氯氟氰菊酯产生了抗性。针对苹果蠹蛾对高效氯氟氰菊酯的抗性问题,该文综述了全球苹果蠹蛾种群对高效氯氟氰菊酯的抗性现状,指出由编码细胞色素P450（cytochrome P450,P450）、羧酸酯酶（carboxylesterase,CarE）和谷胱甘肽S-转移酶（glutathione S-transferase,GST）的解毒酶基因过表达导致代谢能力增强是其最普遍的抗性机制,提出合理的抗性治理策略,并对苹果蠹蛾的绿色防控进行展望。     

棉蚜抗药性现状及治理策略

棉蚜Aphis gossypii Glover是农业生产上最重要的害虫之一。化学杀虫剂一直以来都是棉蚜综合防治体系中的重要组成部分, 但化学杀虫剂的不合理使用导致棉蚜对多种杀虫剂均产生了高水平抗性。现有研究表明, 靶标位点突变、解毒酶基因的过表达以及某些肠道共生菌丰度的变化是导致棉蚜对杀虫剂产生抗性的主要机制。针对棉蚜抗性发展现状及其抗药性机制, 制定科学合理的抗性治理策略, 是充分发挥化学防治的优势、实现棉蚜可持续治理的关键。本文主要从棉蚜的抗药性现状、抗性机制和抗性治理策略3个方面对近10多年的主要进展进行了综述, 旨在为棉蚜抗药性长效治理和科学施策提供理论依据。     

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。     

梨小食心虫雄成虫、蛹和幼虫的转录组比较分析

为挖掘杀虫剂靶标及解毒代谢和抗药性相关基因，利用高通量测序技术对梨小食心虫Grapholita molesta雄成虫、蛹和幼虫进行转录组测序和数据组装，并对转录组数据进行功能注释和比较分析。结果表明，对梨小食心虫雄成虫、蛹和幼虫测序所得高质量reads组装得到195 473个转录本，含有158 206条unigene，其中有71 762条unigene在至少1个数据库中能获得功能注释，有8 186条unigene在所有数据库中均能获得注释，分别占unigene总数的45.36%和5.17%。在GO数据库中共有45 810条unigene的注释划分到56个不同功能区中，鉴定到240个与解毒代谢相关的基因，包括61个羧酸酯酶（carboxylesterases，CarE）基因、38个谷胱甘肽-S-转移酶（glutathione S-transferase，GST）基因、92个细胞色素P450酶基因和49个ABC转运蛋白基因。雄成虫和蛹之间共注释到262个代谢通路，包括42 143个基因，其中差异表达基因有1 561个；蛹和4龄幼虫之间共注释到232个代谢通路，包括39 127个基因，其中差异表达基因有1 095个；雄成虫和4龄幼虫之间共注释到235个代谢通路，包括41 436个基因，其中差异表达基因有1 582个。选择ABC转运蛋白基因进行深入分析，可划分为8个亚家族；对6个ABC转运蛋白基因进行实时荧光定量PCR验证，显示其表达情况与转录组分析结果基本一致，表明转录组分析结果可靠。     

取食转Bt基因水稻褐飞虱对杀虫剂的敏感性及其代谢酶的活性

测定比较了褐飞虱Nilaparvata lugens在转cry1Ab基因水稻KMD1和KMD2及其对照秀水11上取食不同世代的室内种群和田间种群对5种杀虫剂的敏感水平及其体内解毒酶(酯酶和谷胱甘肽S-转移酶)、靶标酶(乙酰胆碱酯酶)和保护酶(超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和过氧化物酶)的活性,以及体内Cry1Ab蛋白的含量.结果表明,5种杀虫剂对分别持续取食KMD1和KMD2的褐飞虱室内种群和田间种群LD50值与取食对照的无显著差异.在KMD1和KMD2上取食1代和9代的褐飞虱室内种群以及田间种群体内解毒酶、靶标酶和保护酶等活性与取食对照的差异不显著.取食KMD的褐飞虱不同种群体内的Cry1Ab蛋白含量相对稳定,其中以取食KMD2的较高.上述结果表明,转cry1Ab基因水稻KMD1和KMD2对褐飞虱的杀虫剂敏感性和代谢酶活性无显著影响.