黄酮、甲维盐和Vip3Aa对草地贪夜蛾毒性的联合/诱导作用类型及其机制

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目前,对于害虫的治理仍然主要依靠植物抗虫次生代谢物质(Anti-herbivore allelochemicals)、化学杀虫剂和Bt转基因作物。虽然每一类毒素对植食性害虫的毒理机制较为清楚,但这三类毒素对靶标害虫究竟具有什么样的联合及诱导毒杀效果及其机制知之甚少。本研究以重要农作物害虫草地贪夜蛾(Spodoptera frugiperda)为研究对象,对Bt毒素Vip3Aa、植物次生物质黄酮和杀虫剂甲维盐之间的联合、诱导作用类型及增效机制进行了研究,主要研究结果如下:1.黄酮、甲维盐和Vip3Aa的联合作用类型用LC25剂量的Vip3Aa(0.06μg/cm~2)和甲维盐(0.09 ng/cm~2)联合处理草地贪夜蛾7天后,其死亡率(95.83%)显著高于两种毒素的预期加性死亡率(EAM=LC25剂量的Vip3Aa单独处理的死亡率+LC25剂量的甲维盐单独处理的死亡率=75.25%,共毒性因子=27.35>20),结果表明Vip3Aa和甲维盐对草地贪夜蛾的毒性具有协同增效作用。类似的,研究结果表明LC25剂量的Vip3Aa和黄酮(300.08μg/m L)对草地贪夜蛾的毒性也具有联合增效作用(联合处理死亡率81.25%显著高于两种毒素的预期加性死亡率60.42%,共毒性因子34.48>20)。此外,用LC25剂量的黄酮、Vip3Aa和甲维盐联合处理草地贪夜蛾幼虫后,其死亡率(87.5%)显著高于预期的加性死亡率(62.92%),表明三者之间也具有联合增效作用。2.黄酮、甲维盐和Vip3Aa的诱导作用类型用LC5亚致死剂量的黄酮(89.5μg/m L)预处理草地贪夜蛾1天,能够显著提高用LC5剂量的黄酮和LC50剂量的Vip3Aa(0.1μg/cm~2)处理草地贪夜蛾的死亡率(81.25%),其死亡率显著高于LC50剂量的Vip3Aa和LC5剂量的黄酮单独处理草地贪夜蛾的预期加性亡率(41.67%,共毒因子95>20),表明亚致死剂量的黄酮诱导了Vip3Aa对草地贪夜蛾的毒性。相反的,研究结果表明LC5亚致死剂量的黄酮对LC50剂量的甲维盐(0.12 ng/cm~2)的毒性具有拮抗作用(诱导后死亡率25.0%<相加死亡率48.3%,共毒因子=-45.4<-20)。另外,LC5亚致死剂量的甲维盐(0.039 ng/cm~2)对LC50剂量的Vip3Aa的毒性没有显著的诱导作用,表现为诱导死亡率(42.62%)与相加死亡率(33.33%)没有显著差异(共毒性因子为27.91>20)。3.增效、拮抗作用组合对解毒酶活性水平的影响用LC25剂量Vip3Aa处理草地贪夜蛾48h之后,与没有毒素处理的对照组(27.3±2.9μmol/mg/min)相比,草地贪夜蛾体内羧酸酯酶的活性(70.35±3.9μmol/mg/min)显著增高;P450的活性为265.15±22.63 nmol/mg/min,与对照组相比(148±9.92 nmol/mg/min)显著增高。然而,黄酮与Vip3Aa联合处理组的羧酸酯酶和P450活性与对照相比没有显著差异。此外,增效剂实验表明PBO和TPP显著增加了Vip3Aa对草地贪夜蛾的毒力(增效倍数分别为2.5和1.8),而在黄酮与Vip3Aa联合处理中,PBO不表现出增效作用。以上结果表明,黄酮与Vip3Aa联合处理中,黄酮通过抑制Vip3Aa诱导的P450活性而表现出增效作用。甲维盐致死剂量(LC25)和甲维盐与Vip3Aa的联合处理草地贪夜蛾48h之后,羧酸酯酶的活性分别为55.98±12和55.98±4.4μmol/mg/min,与对照相比均显著增高。在黄酮预处理对甲维盐毒力的拮抗作用中,用黄酮LC5剂量处理草地贪夜蛾24h后用黄酮LC5剂量+甲维盐LC50共同处理24 h,与仅用甲维盐LC50剂量(羧酸酯酶活性为16.85±3.6μmol/mg/min)处理24 h和用黄酮LC5剂量处理48h(羧酸酯酶活性为19.02±2.02μmol/mg/min)相比,能够显著提高羧酸酯酶的活性(32.67±4.2μmol/mg/min),以上结果表明黄酮预处理可能能够诱导羧酸酯酶活性,从而增强对甲维盐的解毒代谢,因此在生物测定中表现出拮抗作用。4.CYP6AE47和CYP321A9在黄酮和Vip3Aa毒性的联合增效作用中的功能通过解毒酶活性测定和增效剂试验结果表明P450可能参与黄酮和Vip3Aa的增效机制,进一步转录组分析发现CYP6AE47和CYP321A9基因的表达量在Vip3Aa和黄酮,以及两种毒素联合/诱导处理后都显著提高。为进一步探究P450基因功能,在细胞中转染si RNA,使CYP6AE47和CYP321A9在Sf9中沉默,用40μg/m L的活化的Vip3Aa毒素处理48h后,细胞活力相比于对照组降低了27.87%和34.25%。同时利用si RNA技术沉默草地贪夜蛾体内CYP6AE47和CYP321A9的表达后,用含有Vip3Aa_LC25剂量的饲料饲喂草地贪夜蛾幼虫,导致草地贪夜蛾一龄和二龄的死亡率与对照相比分别增加35.71%和45.96%。综上表明CYP6AE47和CYP321A9可能在草地贪夜蛾对Vip3Aa解毒中起着重要的作用。综上所述,细胞色素P450和羧酸酯酶在甲维盐、黄酮和Vip3Aa的联合增效及诱导作用中可能发挥着重要作用,其中CYP6AE47和CYP321A9在黄酮和Vip3Aa联合增效和诱导作用中起着重要作用。以上研究结果有助于理解植物次生物质、Bt毒素和杀虫剂等多种防控因子与昆虫的相互作用。
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