GPCRs调控P450s介导棉蚜对氟啶虫胺腈代谢抗性的分子机制初探

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棉蚜(Aphis gossypii Glover)属半翅目(Hemiptera),蚜科(Aphidiae),是一种世界性分布的重要害虫,主要通过吸食植物汁液和传播植物病害造成危害。目前,由于化学杀虫剂的大量长期使用,棉蚜已对多种杀虫剂产生了高水平抗药性。G蛋白偶联受体(G protein-coupled receptors,GPCRs)是一种重要的存在于细胞膜上可以感受各类信号的蛋白受体。GPCRs参与昆虫许多重要的生理过程,包括生长发育、繁殖、代谢和行为。GPCRs作为潜在新型杀虫剂靶标,有研究表明其通过对抗性相关P450基因表达的调控介导了致倦库蚊(Culex quinquefasciatus)对苄氯菊酯的抗药性。前期研究已证明细胞色素P450介导了棉蚜对氟啶虫胺腈的代谢抗性,但其上游调控通路仍未可知。基于此,本文以室内敏感品系和棉蚜对氟啶虫胺腈抗性品系为材料,通过生物信息学、生物化学和分子生物学等方法和技术,系统鉴定了棉蚜中具有典型7个跨膜结构域的GPCRs基因,分析了其在棉蚜不同品系、发育阶段、组织和药剂诱导下的表达谱,揭示了GPCRs调控棉蚜P450基因表达的分子抗性机制。主要结果如下:1.棉蚜基因组中具有典型7个跨膜结构域的GPCRs基因鉴定参考已发表的黑腹果蝇(Drosophila melanogaster)、赤拟谷盗(Tribolium castaneum)和豌豆蚜(Acyrthosiphon pisum)GPCRs基因,通过BLASTP搜索棉蚜基因组数据库,获得了120条候选基因。进一步,根据GPCRs基因鉴定标准,最终确定了88个棉蚜GPCRs基因,其中66个A家族成员,12个B家族成员,7个C家族成员,还有3个F家族成员。2.棉蚜GPCRs基因表达谱分析用LC15(31.03 mg/L)和LC50(157.68 mg/L)浓度的氟啶虫胺腈处理棉蚜,发现11个GPCRs基因被氟啶虫胺腈显著诱导。此外,采用实时荧光定量PCR分析了57个GPCRs基因在敏感品系(SS)和氟啶虫胺腈抗性(Sul R)品系中的相对表达量,发现共有34个GPCRs基因在Sul R中均显著上调表达。龄期和组织特异性表达分析发现18个GPCRs基因在成虫期的表达量均显著高于若虫期,且在有翅蚜和无翅蚜中呈现明显差异表达;12个、5个和2个GPCRs基因分别在头、表皮和中肠中高表达。3.GPCRs对棉蚜氟啶虫胺腈抗性相关P450基因表达的调控作用研究为了阐明GPCRs调控棉蚜P450基因表达的抗性分子机制,利用RNAi分别干扰Ago GPCR49和Ago GPCR54,沉默后棉蚜对氟啶虫胺腈的敏感性增加并显著抑制解毒酶P450的活力。干扰Ago GPCR49后,20个P450基因显著下调表达;而沉默Ago GPCR54后12个P450基因显著下调。CYP6DB1、CYP6CY18、CYP301A1、CYP6CY4、CYP6CY14、CYP4CJ3、CYP6A14、CYP4CK1和CYP306A1均在沉默Ago GPCR49或Ago GPCR54后显著下调表达,其中CYP6CY14表达量分别在沉默Ago GPCR49和Ago GPCR54显著下降79%和71%。以上研究为初步揭示GPCRs调控P450s介导棉蚜对氟啶虫胺腈代谢抗性的分子机制奠定了理论基础。
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