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乙酰胆碱酯酶(acetylcholinesterase,AChE,EC 3.1.1.73),在胆碱能神经突触间隙中通过催化水解突触前膜释放的神经递质乙酰胆碱(acetylcholine,ACh)来维持神经冲动的正常传递。AChE是有机磷类杀虫剂(OPs)和氨基甲酸酯类杀虫剂(CBs)的共同作用靶标,AChE被杀虫剂抑制后,使ACh在突触处积累,过量的ACh造成去极化阻断,从而抑制了正常的神经冲动的传递。由于杀虫剂的长期大规模使用,目前很多害虫对杀虫剂普遍产生了抗性。杀虫剂抗性是一种微进化现象,为研究昆虫对选择压的适应提供了有利的条件。在本研究中,用敌敌畏筛选得到抗性家蝇品系(DRR品系),并用微量点滴法测定其抗性谱。然后通过Ellman’s法对DRR品系中AChE的生化特性和动力学参数进行了测定。最后用RT-PCR法对DRR品系中编码AChE的基因ace进行了克隆和测序。主要研究结果如下:
1.与敏感品系(SS品系)相比,DRR品系对克百威、对氧磷和久效磷都产生了高倍抗性,抗性倍数分别达到602.06、460.82和120.05倍;对氧乐果、敌敌畏、甲胺磷、灭多威、残杀威、乐果和对硫磷表现出了中等抗性水平,抗性倍数分别为93.12、86.13、38.13、36.04、33、29.30和14.15倍。对二嗪磷、三唑磷和毒死蜱则只有低倍抗性,抗性倍数分别为4.95、2.826和2.35倍。
2.生化特性研究结果表明DRR品系中的AChE的最适反应温度为36℃,最适pH为8.14,最适底物及浓度为2mmol/L ATCh(碘化硫代乙酰胆碱),与SS和残杀威抗性品系(CRR品系)的均有差异。
3.动力学参数研究结果表明DRR品系AChE与最适底物ATCh的亲和力常数(Km)和最大反应速率(Vmax)与敏感品系的比值分别为2.76和2.84,这说明DRR品系中的AChE对ATCh的水解能力比敏感品系的高。DRR品系AChE的双分子速率常数(ki)值比敏感品系的小很多。ki值的不同可能主要是因为AChE对这些化合物的亲和力作用出现下降,这表明DRR品系中的AChE可能已经发生了质的变化。
4.用RT-PCR法对DRR品系中编码AChE的基因ace进行了克隆和测序,扩增得到的cDNA全长为1971bp,其中开放读码框长为1821bp,共编码607个氨基酸,与SS品系的ace比较存在8个氨基酸突变。
从以上结果可得到:AChE与OPs和CBs两类杀虫剂间的亲和力大幅降低是酶对这些杀虫剂的抑制产生不敏感性的主要原因,抗性品系AChE对杀虫剂的敏感度降低的同时还伴随着酶催化性能的改变,表明抗性品系中的AChE性质有可能发生变化;DRR品系家蝇ace中出现的8个单点突变,是引起昆虫对杀虫剂产生抗性的原因;以及多个单点突变组合会使昆虫产生更高水平和更广谱的抗性。