新烟碱类及相关杀虫剂的分子靶标研究

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烟碱型乙酰胆碱受体(Nicotinic acetylcholine receptors,nAChRs)是昆虫中枢神经系统主要的兴奋性受体,也是几类重要杀虫剂的靶标,例如:新烟碱类杀虫剂(Neonicotinoids)。在模式生物黑腹果蝇(Drosophila melanogaster)体内编码nAChR亚基的基因有10种,包括Dα1-7和Dβ1-3。昆虫nAChR是由这些亚基组成的五聚体跨膜蛋白,因此这些亚基可能会有许多组合,从而产生具有不同生理特性的亚型。所以这些杀虫剂是作用在哪些亚基上控制害虫?是一个很重要的问题。本研究选择黑腹果蝇作为研究对象,收集了8种黑腹果蝇nAChR亚基突变体,并利用CRISPR/Cas9技术构建了nAChRβ1R81T点突变果蝇。本研究系统地测试了9种果蝇nAChR亚基的突变体对11种作用于nAChR的杀虫剂的敏感性,这11种杀虫剂包括7种新烟碱类杀虫剂、氟啶虫胺腈、氟吡呋喃酮、三氟苯嘧啶以及乙基多杀菌素。本研究还检测了果蝇nAChR突变体中nAChR亚基基因的差异性表达。nAChRβ1R81T点突变果蝇以及nAChRα1KORFP,nAChRβ1R81T双突变果蝇的构建前期发现nAChRα4KORFP、nAChRβ1KORFP果蝇纯合致死,说明Dα4和Dβ1对果蝇的正常发育很重要,所以本研究利用CRISPR/Cas9技术构建nAChRβ1R81T点突变果蝇。根据之前的报道,桃蚜(Myzus persicae)nAChRβ1亚基的第81位精氨酸突变成苏氨酸后(R81T),会导致其对新烟碱类杀虫剂产生抗性。本研究将原来编码精氨酸(R)的密码子CGT,替换成编码苏氨酸(T)的密码子ACT,成功构建了Dβ1R81T点突变果蝇。本研究还运用基因的交换定律构建了nAChRα1KORFP,nAChRβ1R81T双突变的果蝇。nAChR亚基突变体对新烟碱类及相关杀虫剂的敏感性分析通过生物测定方法系统地测定了9种果蝇nAChR亚基突变体对11种nAChR调节剂的敏感性。发现与野生型果蝇W1118相比,nAChRβ1R81T点突变果蝇对本研究中除乙基多杀菌素以外的所有杀虫剂表现出高耐药性。特定的nAChR亚基缺失使果蝇对新烟碱类和其他nAChR竞争性调节剂氟啶虫胺腈、氟吡呋喃酮、三氟苯嘧啶的耐药性表现出显著差异,表明这些杀虫剂靶向的nAChR亚型不同。根据上述11种杀虫剂的体内作用机制,可将其重新分为6类。nAChR突变体中nAChR亚基基因差异性表达分析本研究对果蝇成虫头部进行qPCR检测,没有发现显著的遗传补偿效应。本研究为探明新烟碱类杀虫剂及相关nAChR调节剂的分子靶标提供重要线索以及推动了对昆虫nAChRs组成和功能的研究。
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