安徽省草地贪夜蛾对甲维盐抗性监测及作用靶标验证

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草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda(J.E.Smith)是我国玉米等农业作物最重要的农业害虫之一,具有繁殖快和危害重等特点。根据2020年农业农村部公布的《草地贪夜蛾应急防治用药推荐名单》,甲氨基阿维菌素苯甲酸盐(简称甲维盐)作为防治草地贪夜蛾主要杀虫剂之一,具有高效广谱和低毒等特点。目前,国内外均有研究报道甲维盐的前体阿维菌素的作用靶标为谷氨酸门控氯离子通道(glutamate-gated chloride channel,GluCl)和γ-氨基丁酸门控氯离子通道(γ-aminobutyric acid-gated chloride channel,GABACl),然而,甲维盐的作用靶标是否也为Glucl和GABACl尚无相关报道。此外,国内外研究发现草地贪夜蛾对甲维盐产生了抗药性,但至今尚不清楚安徽省草地贪夜蛾对甲维盐的抗药性水平。因此,本研究对甲维盐抗性监测及靶标机理探究,为科学使用甲维盐防治草地贪夜蛾以及延缓草地贪夜蛾抗药性发展提供理论基础。具体主要研究结果如下:1、监测安徽省不同地区草地贪夜蛾对甲维盐敏感性变化本研究采用饲料混毒法,检测了安徽省五个地区草地贪夜蛾对甲维盐敏感性变化。结果显示甲维盐对草地贪夜蛾的毒力水平较高,LC50为0.027~0.050μg/g,与相对敏感品系相比,2020年和2021年安徽省各地区草地贪夜蛾对甲维盐抗性倍数均小于2倍,仍处于敏感水平。其中2021年甲维盐对安徽省临泉地区的草地贪夜蛾田间种群毒力水平最低,LC50为0.079μg/g。2、草地贪夜蛾GluCl和GABACl亚基基因的克隆与生物信息学分析利用RT-PCR技术克隆获得了编码GluCl和GABACl蛋白Glucl和Rdl1基因的全长序列以及Rdl2和Rdl3基因片段。分析了Glucl基因的基因结构和可能存在的选择性可变剪切形式,发现Glucl基因在3号和9号外显子分别存在3个不同的剪切形式,理论上Glucl基因存在9种可变剪切变体。在100个测序样本中Glucl基因3a9a、3b9a和3c9a可变剪切变体类型出现的频率为2%、54%和44%,而其余6种类型的剪切变体均未检测到。氨基酸序列比对和系统发育分析表明Glucl、Rdl1、Rdl2和Rdl3基因功能域高度保守,均具有半胱氨酸环配体门控离子通道超家族离子通道的结构特征。3、草地贪夜蛾GluCl和GABACl亚基基因mRNA的表达模式分析利用RT-qPCR技术,探究了草地贪夜蛾Glucl、Rdl1、Rdl2和Rdl3基因在不同发育阶段和组织中的mRNA相对表达量。研究结果表明,草地贪夜蛾Glucl、Rdl1、Rdl2和Rdl3基因均在卵期表达量最高,Glucl基因在卵中的相对表达量是6龄幼虫的30.0倍,Rdl1、Rdl2和Rdl3基因在卵中的相对表达量分别是4龄幼虫的743.5、166.3和285.1倍。在不同部位中mRNA相对表达量结果表明,草地贪夜蛾Glucl、Rdl1、Rdl2和Rdl3基因在头部中具有较高的mRNA相对表达量,腹神经索次之,中肠和脂肪组织中mRNA相对相对表达量较低,Glucl和Rdl1基因在头部组织的表达量是脂肪组织的45.3和44.0倍,Rdl2和Rdl3基因在头部组织的表达量是中肠组织的17.5和10.3倍。4、RNAi对草地贪夜蛾GluCl和GABACl亚基基因的沉默及突变检测利用RNAi技术,探究了Glucl、Rdl1、Rdl2和Rdl3基因干扰后mRNA的相对表达量及对甲维盐的敏感性变化。干扰48 h后,Glucl、Rdl1、Rdl2和Rdl3基因mRNA相对表达量降低49.1%以上。干扰72 h后,Glucl、Rdl1、Rdl2和Rdl3基因mRNA相对表达量降低70.9%以上。室内毒力测定结果显示,对饲喂Glucl、Rdl1、Rdl2和Rdl3基因dsRNA的试虫饲喂含有甲维盐的人工饲料后,供试昆虫的死亡率在72 h较对照组显著升高。饲喂72 h后,饲喂ds Glucl、dsRdl1、dsRdl2和dsRdl3死亡率提高16.7%、33.3%、16.8%和25.0%。本研究结果表明,干扰后Glucl、Rdl1、Rdl2和Rdl3基因mRNA的相对表达量在48 h和72 h显著下降,且对甲维盐的敏感性升高,因此推测草地贪夜蛾GluCl和GABACl是甲维盐的作用靶标。靶标突变结果显示,甲维盐作用靶标GluCl也未发现与抗性有关的A309V和G315E突变。
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