乙酰胆碱酯酶性质改变与昆虫抗药性的关系

乙酰胆碱酯酶是生物神经传导中的一种关键性酶,同时又是有机磷和氨基甲酸酯杀虫剂的靶标,因此一直是人们研究的热点。就近年来昆虫乙酰胆碱酯酶(AChE)在生化和分子生物学方面的研究进展、昆虫AChE基因结构及表达的变化对动力学参数、昆虫抗药性的影响机制以及害虫与天敌AChE的比较研究进行了简要综述。     

昆虫抗药性分子机制研究的新进展

昆虫抗性机制的研究对于抗性监测、治理及新农药的研制具有重要意义。在过去几十年中,人们对与昆虫杀虫剂抗性有关的昆虫行为、生理代谢活动以及作用靶标等进行了广泛的研究。已经证实,昆虫的抗药性与行为改变、生理功能改变、解毒功能增强以及靶标不敏感性有关。近年来,随着分子生物学以及昆虫基因组学的发展,昆虫抗药性的分子机理有了突破性进展,已发现并克隆了一些靶标基因,与抗药性相关的基因突变也得到广泛验证。本文综述了昆虫的抗药性机理在分子生物学上的研究最新进展,重点阐述了与昆虫抗性相关基因的扩增、表达及基因结构的改变等相关内容。     

抗药性昆虫相对适合度的研究进展

杀虫剂抗性基因的突变对昆虫生理生化的影响体现为种群适合度的变化.种群抗性等位基因频率和生物学适合度可用来表征抗性昆虫相对适合度.抗性相关靶标和代谢酶的突变会改变昆虫正常的生理功能,抗性基因过量表达会引起昆虫体内生理能量分配失衡,两者均会造成抗性代价.但是,抗性等位基因置换和修饰基因可以抵消抗性代价.抗性昆虫相对适合度的表现型取决于抗药性形成的遗传背景和抗性水平.此外,其表现型还受到各种生态因素的影响.抗性昆虫相对适合度的研究结果可为预测抗药性发展趋势、开展抗药性治理提供科学依据.     

酯酶基因扩增及突变与昆虫抗药性

有机磷和氨基甲酸酯类杀虫剂的大量使用导致昆虫对其产生抗药性。酯酶是昆虫体内重要的解毒代谢酶,酯酶基因表达量上升和点突变使其代谢或结合杀虫剂的能力增强是昆虫对常用农药产生抗药性的2个重要原因。文章概述昆虫酯酶基因扩增及突变所导致的抗药性,进一步分析了酯酶突变对蛋白结构和功能的影响。     

昆虫钠离子通道的研究进展

昆虫只有一个或两个电压门控钠离子通道α亚基基因,但两种转录后修饰(选择性剪切和RNA编辑)实现了昆虫钠离子通道的功能多样性。昆虫β辅助亚基TipE和TEH1-4在钠离子通道表达和调控中也起着重要作用。电压门控钠离子通道在动作电位的产生和传递中至关重要,是多种天然和人工合成神经毒素及杀虫剂的作用靶标,包括广泛使用的拟除虫菊酯类、茚虫威和氰氟虫腙等杀虫剂。其中,拟除虫菊酯类杀虫剂通过调控昆虫钠离子通道的失活和去激活,延长跨膜钠离子流的时间,引起神经兴奋性传导障碍;茚虫威和氰氟虫腙阻断昆虫中枢和外周神经系统神经元的动作电位传导,这些神经毒剂都能干扰昆虫钠离子通道的正常功能。昆虫钠离子通道一般存在两个拟除虫菊酯类杀虫剂结合位点,但不同物种钠离子通道与拟除虫菊酯的结合位点存在一定差异。据此,本文就昆虫钠离子通道及其与杀虫剂的相互作用加以综述,有望推动昆虫神经受体研究,且对鉴定昆虫抗药性相关突变位点和研发高效的杀虫剂均具有重要参考价值。     

昆虫抗药性产生机制

杀虫剂是害虫防治的有效途径之一,但随着杀虫剂长期和广泛的使用,昆虫种群对各种杀虫剂的敏感性降低,产生了抗药性,如何克服昆虫的抗药性是害虫综合治理的重要问题。近年来,借助基因组测序和遗传操作技术的发展,对昆虫抗药性的研究已经深入到细胞水平和分子水平,取得诸多重要的突破,为害虫抗性的控制奠定了理论基础。本文从常见杀虫剂的历史沿革及作用机理切入,从靶标抗性、代谢抗性和穿透抗性3个方面阐述了杀虫剂抗性产生的机制:杀虫剂作用位点的突变降低了靶标与杀虫剂的亲和力,细胞色素P450酶系和谷胱甘肽转移酶系的激活增加了杀虫剂的降解,表皮结构成分的变化和ABC转运蛋白的增加有效阻挡了杀虫剂的渗入。利用基因操作手段或抑制剂,对上述3种抗性机制的关键步骤进行调控可能成为未来杀虫剂抗性控制的新策略。     

昆虫乙酰胆碱酯酶基因研究进展

对昆虫乙酰胆碱酯酶（acetylcholinesterase, AChE,EC 3.1.1.7）的基因结构和表达等方面的研究进展进行了综述。分析了昆虫乙酰胆碱酯酶基因的结构,包括10个外显子的特征。对已经报道的昆虫AChE基因进行了系统归纳,并基于已知全序列的昆虫AChE基因,进行了昆虫AChE基因的分子进化分析。对昆虫AChE基因的结构特点及其功能,以及昆虫AChE基因的活性位点、AChE的变构与昆虫抗药性的关系进行了探讨。最后对昆虫AChE基因研究中存在的问题和前景进行了分析和展望。     

昆虫离子通道及其抗药性研究进展

昆虫细胞膜离子通道是多种杀虫剂的作用靶标,通道功能特性的变异等与害虫抗药性密切相关.电压钳及膜片钳等电生理技术在离子通道功能研究中具有独特优势,在杀虫剂作用机理及害虫抗性机理研究中越来越受到重视.昆虫细胞膜离子通道主要包括配体门控通道和电压门控通道两大类.配体门控通道主要包括乙酰胆碱受体、GABA和谷氨酸受体通道等.电压门控通道主要有钠、钾和钙通道等,其中钠通道研究成果较多,与害虫抗性关系密切.由于钙离子的重要生理功能,随着研究深入,钙通道将成为研究重点.     

CPR和P450基因在昆虫抗药性中的作用研究进展

P450酶系在昆虫代谢农药中有重要作用，NADPH-细胞色素P450还原酶（NADPH-cytochrome P450 reductase，CPR）和细胞色素P450（P450）在该酶系起核心作用。昆虫具有P450超基因家族，但只有一个单一的CPR基因，CPR是昆虫所有参与农药代谢的P450酶的唯一电子供体，其影响P450活性。P450基因的高水平表达在害虫抗药性中具有重要作用，P450基因介导的昆虫抗药性是最重要的代谢抗性类型。不同P450基因的高表达的调控机制不同，引起P450基因过量表达的原因可能有P450基因的编码区突变、顺式作用元件和反式作用因子变化、基因扩增等。细胞色素P450介导的抗药性存在一定程度的进化可塑性，即同种昆虫不同种群对相同的农药产生抗药性时，导致抗性产生的P450基因不同；同一昆虫品系在某种农药的抗性选择压力下，影响抗性的P450基因的种类和表达特性会随着持续的农药选择而发生变化。最近的研究显示，CPR的变异和昆虫抗药性相关，但是昆虫CPR基因介导抗药性的机制还缺乏深入研究。全面阐释P450酶系介导昆虫抗药性的机制、建立基于P450基因表达量变化与CPR突变的抗性分子标记，对于害虫抗药性治理具有重要意义。     

杀虫剂抗性: 遗传学、基因组学及应用启示

杀虫剂抗性已成为害虫防治工作需要解决的一个重要问题,也是一种人为的、自然选择的重要的进化现象,开展抗药性的研究不仅为抗性的监测、治理和农药工业的发展提供科学参考,还可以揭示生物进化的一些基本规律。在过去的10年,昆虫对许多化学杀虫剂抗药性的分子基础得到了进一步阐明,已从果蝇Drosophila melanogaster中克隆了杀虫剂的靶标基因,还查明了一些害虫的与抗性相关联的基因突变。最近,随着经注释的昆虫基因组的出现,由复杂多基因酶系如酯酶、细胞色素P450酶及谷胱甘肽S-转移酶介导的抗性的机制有了突破性的进展,有关杀虫剂抗性的进化以及抗性基因的传播模式也逐步得到揭示。基因组技术在揭示昆虫其他可能的抗药性机制以及在发现新的杀虫剂靶标方面将发挥更大的作用。     

昆虫钠离子通道基因突变及其与杀虫剂抗性关系的研究进展

昆虫电压门控钠离子通道(voltage-gated sodium channel)存在于所有可兴奋细胞的细胞膜上,在动作电位的产生和传导上起重要作用,是有机氯和拟除虫菊酯杀虫剂的靶标位点。在农业和医学害虫控制过程中,由于有机氯和拟除虫菊酯杀虫剂的广泛使用,抗药性问题日益突出。其中,由于钠离子通道基因突变,降低了钠离子通道对有机氯和拟除虫菊酯类杀虫剂的亲和性,从而产生击倒抗性(knock-down resistance, kdr),已成为抗性产生的重要机制之一。本文综述了昆虫钠离子通道的跨膜拓扑结构、功能、进化及其基因的克隆;更重要的是总结了已报道的40多种昆虫40个钠离子通道基因非同义突变,以及钠离子通道基因选择性mRNA剪接和编辑,以及它们与杀虫剂抗性的关系;也评述了钠离子通道基因突变引起蛋白质结构的改变,从而对杀虫剂抗性的影响机制。这些研究对于进一步鉴定与杀虫剂抗性相关的突变及抗性机制,开发有机氯和拟除虫菊酯类杀虫剂抗性分子监测方法具有重要意义。     

基因组学与昆虫抗药性研究

主要综述近年来基因组学技术在昆虫抗药性研究中的应用以及取得的新成果、新进展。基因组学是对生物体整个基因组结构、功能及其进化的研究。遗传连锁作图、定位克隆、数量特性位点作图、微阵列分析及转录沉默等 ,是近年来常用的基因组学研究技术。研究表明 ,应用基因组技术不仅能揭示新的昆虫抗药性机制 ,发现并定位、克隆新的抗药性基因 ,还有助于发现新型的杀虫剂作用靶标 ,改进昆虫抗药性的检 (监 )测技术以及加深人们对昆虫抗药性进化的认识等。     

基于转录组的苹小卷叶蛾杀虫剂靶标及解毒代谢相关基因分析

【目的】建立苹小卷叶蛾Adoxophyes orana转录组数据库,挖掘杀虫剂靶标及解毒代谢相关基因。【方法】采用Illumina HiSeq~(TM) 2000高通量测序技术对苹小卷叶蛾进行转录组测序,挖掘并分析杀虫剂靶标基因;利用qPCR检测6个杀虫剂靶标基因在苹小卷叶蛾卵、幼虫、蛹和成虫各不同发育阶段的表达;挖掘并分析苹小卷叶蛾转录组中解毒代谢相关基因的代谢通路及进化关系。【结果】通过组装有效序列共获得48 610条unigene(GenBank登录号:GGMW00000000)。挖掘鉴定到155个杀虫剂靶标unigene;qPCR结果显示,1个蜕皮激素受体(ecdysone receptor, ECR)、2个乙酰胆碱酯酶(acetylcholinesterase, AChE)、1个氯离子通道蛋白(chloride channel, CLC)、1个几丁质酶(chitinase, CS)和1个鱼尼丁受体(ryanodine receptor, RyR)基因在苹小卷叶蛾不同发育阶段均存在表达差异。挖掘鉴定到69个羧酸酯酶(carboxylesterase, CarE)unigene、66个谷胱甘肽S-转移酶(glutathion S-transferase, GST)unigene和205个细胞色素P450(cytochrome P450)unigene等解毒代谢相关基因,共鉴定20个CarE unigene, 32个GST unigene和30个P450 unigene与有毒物质代谢相关的通路有关。基于氨基酸序列对具有完整ORF的unigene聚类分析结果显示:12个CarEs中9个为G类,即鳞翅目保幼激素类;分别有10个AoGSTs属于Delta和Epsilon亚家族;18个P450全部聚到CYP3集团。【结论】该研究有助于苹小卷叶蛾杀虫剂靶标基因的挖掘及抗药性的研究。     

害早抗药性的生化机理

害虫的抗药性是与杀虫剂穿透昆虫表皮速率降低,解毒作用增强和靶标部位敏感性降低有关。昆虫体内多功能氧化酶、磷酸酯酶、羧酸酯酶、谷胱甘肽－Ｓ－转移酶和脱氯化氢酶活力的增加是害虫抗性的主要生化机理。抗性昆虫体内乙酰胆碱酯酶对杀虫剂敏感性降低,中枢神经组织敏感性降低和“抗击倒基因”的存在是拟除虫菊酯类杀虫剂的主要抗性机制。     

害虫抗药性的生化机理

害虫的抗药性是与杀虫剂穿透昆虫表皮速率降低,解毒作用增强和靶标部位敏感性降低有关。昆虫体内多功能氧化酶、磷酸酯酶、羧酸酯酶、谷胱甘肽－Ｓ－转酶和脱氯化氢酶活力的增加是害虫抗性的主要生化机理。抗性昆虫体内乙酰胆碱酯酶对杀虫剂敏感性降低,中枢神经组织敏感性降低和“抗击倒基因”（Ｋｄｒ）的存在是拟除虫菊酯类杀虫剂的主要抗性机制。     

杀虫药剂抗性家蝇品系乙酰胆碱酯酶基因的特征分析

乙酰胆碱酯酶(AChE)是有机磷和氨基甲酸酯类杀虫药剂的作用靶标,这两大类杀虫药剂的广泛应用导致了昆虫对抗性的选择。靶标的修饰是某些昆虫产生抗性的分于机理,这种抗性是和AChE的变更型相关的,这些变更型的酶显示出对杀虫药剂的不被感性。利用RT-PCR和Streptavidin偶联磁珠技术从两种抗性家蝇(Musca domestica)品系D3和Kash中分别分离了AChE基因并测定了其按苷酸颅序。eDNA的可读框长2082bp．由此推导出了AChE的氨基酸顺序,通过与敏感家蝇品系Cooper的比较,发现了一些核苷酸顺序差异和4个氨基酸点突变,其中3个替代可能与杀虫药剂不敏感性有关。这一结果表明D3和Kash均属于CH₂抗性类型。     

昆虫抗药性相关细胞色素P450基因的表达调控机制

杀虫剂的频繁持续使用,必然导致昆虫产生抗药性。大量研究事例表明参与杀虫剂解毒的细胞色素P450(简称P450)过量表达是昆虫对不同类型杀虫剂产生抗性的重要原因,但目前人们对P450基因过量表达机制的认识还非常有限。近十年来,随着生命科学与相关研究技术的发展,有关昆虫P450基因表达调控机制的研究取得了实质性的进展。本文综述了这一研究领域的重要发现。除了基因重复或基因扩增导致的P450基因拷贝数增加外,P450基因在转录层面的上调表达是P450介导抗药性的普遍且重要的机制。P450基因的转录上调由顺式调控元件与反式作用因子相互作用得以实现。现已发现了几种不同类型的转录因子(CncC, CREB和核受体等)对昆虫P450表达的直接调控,也鉴定了间接调控P450表达的作用因子如G蛋白偶联受体及其下游效应子。ncC:Maf/Keap1是抗药性相关P450基因表达的重要而普遍的调控途径。越来越多的事例表明小RNA在昆虫P450的表达调控中起重要作用。现有的研究结果揭示了昆虫P450基因调控因子和信号转导通路的多样性及调控机制的复杂性。     

苹果蠹蛾8个烟碱型乙酰胆碱受体基因的克隆与生物信息学分析

烟碱型乙酰胆碱受体(nicotinic acetylcholine receptors,n AChRs)能够快速介导胆碱能突触传递,并在许多认知功能障碍性疾病的过程中发挥作用。昆虫的烟碱型乙酰胆碱受体是新烟碱类等杀虫剂的重要作用靶标,而且靶标抗性是昆虫产生抗药性的一个重要机制。本文利用生物信息学结合现代分子生物学技术,以新疆石河子地区的苹果蠹蛾种群为材料,克隆获得了8个烟碱型乙酰胆碱受体n AChR亚基基因的c DNA全长序列,并对这8个亚基基因的序列进行了生物信息学分析。研究结果有助于进一步深入解析苹果蠹蛾对新烟碱类杀虫剂的靶标抗性机制,进而为开发新型靶标药剂提供科学依据和理论基础。     

昆虫乙酰胆碱酯酶基因变异抗药性机制研究

有机磷和氨基甲酸酯类杀虫剂的大量使用导致昆虫对其产生抗药性。乙酰胆碱酯酶是昆虫对这类杀虫剂产生抗性的重要的靶标酶,昆虫产生抗药性的重要原因之一,就是因为乙酰胆碱酯酶的基因表达量上升,或基因突变而导致其敏感性下降。文章简要论述昆虫乙酰胆碱酯酶基因发生变异而导致的抗药性,分析了变异对其结构和功能的影响。     

昆虫化学感受蛋白（CSPs）的功能研究概述

昆虫的嗅觉系统与其各项生命活动息息相关,化学感受蛋白（CSPs）是嗅觉系统中的重要组成部分,可以结合气味或信息素分子,并传递给嗅觉受体,完成嗅觉相关功能。随着分子生物学技术和测序手段的不断发展,越来越多的昆虫CSPs得到鉴定。CSPs在昆虫体内广泛分布于触角、跗节、下颚须等化学感受器官,同时也在表皮、腹部、体躯等非感受器官大量表达,具有感知化学分子的功能并且与昆虫生长、发育、繁殖等生理功能及昆虫对杀虫剂的抗性相关。本文通过从CSPs的发现和命名、分子特性、结构及分布等方面展开综述,着重介绍CSPs的气味分子识别作用机制、抗药性机制及功能分类,以期为今后利用CSPs作为靶标防治害虫提供参考。