朱砂叶螨UGT201D3基因参与阿维菌素抗药性的机制研究

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朱砂叶螨(Tetranychus cinnabarinus)是一种危害严重而又难以防治的重要农业害螨,目前是以化学防治为主,这也导致其抗药性问题日渐严重。阿维菌素是大环内酯类的具有较高活性的杀虫杀螨杀线虫剂,但随着其大量而不合理的使用,已使多种害虫(螨)对其产生严重的抗药性。目前,对害虫(螨)抗药性产生的机理的研究发现,包括细胞色素P450、羧酸酯酶、谷胱甘肽S-转移酶等在内的多种解毒酶的代谢能力增强是害虫产生抗药性的重要机制。  尿苷二磷酸糖基转移酶(UDP-glycosyltransferases, UGTs)是广泛的分布在生物体内,与糖基化有关的酶类家族,能够催化活化的UDP-糖的糖基转移到受体分子上,从而调控受体的生物特性、溶解性以及在细胞间的转运等性质。研究表明UGTs在哺乳动物的解毒代谢中有着重要作用,但相关研究在昆虫(螨)中,尤其是与抗药性的关系相对缺乏。在朱砂叶螨基因芯片的结果中,发现一条尿苷二磷酸糖基转移酶UGTs(UDP-glycosyltransferases)基因Unigene9165_A在朱砂叶螨阿维菌素抗性品系中表达上调了 3.82 倍。在此基础上,本论文研究了朱砂叶螨UGTs与阿维菌素抗药性的关系,主要内容及结果如下:  1. 采用药膜法对朱砂叶螨敏感(SS)和阿维菌素抗性(AbR)品系进行毒力测定,加入UGTs特异性抑制剂5-硝基尿嘧啶后,阿维菌素对SS和AbR品系的毒力分别增大了20.00%和56.98%,表明UGTs在AbR品系中的作用更明显,暗示其参与了朱砂叶螨阿维菌素抗药性的产生。  2. 对朱砂叶螨不同品系 UGTs 粗酶活性进行检测,结果显示,在 SS 和 AbR品系 UGTs 酶活性分别为 0.74 ± 0.04 nmol/mg.pro.min-1 和 1.73 ± 0.29 nmol/mg.pro.min-1。AbR品系UGTs的活性显著高于SS品系,表明朱砂叶螨对阿维菌素抗性的产生与UGTs酶活性升高有关。  3. 对朱砂叶螨阿维菌素抗性品系中上调的UGT基因Unigene9165_A进行全长克隆和生物信息学分析,该基因 cDNA 全长为 1383bp,编码 460 个氨基酸, GeneBank登录号为KX905079,预测的蛋白质分子量为53.49KDa,理论等电点为5.74。该基因被UGT命名委员会命名为UGT201D3。生物信息学分析发现,该基因具有UDPGT基因家族结构域,属于GT-B超家族,包含UGT基因家族的特征序列;进化分析显示该基因属于UGT201家族,与二斑叶螨UGT201D2基因具有较高的同源性。  4. 通过qPCR对UGT201D3基因在朱砂叶螨不同品系、不同发育阶段和药剂胁迫下mRNA表达模式进行分析。结果显示,在AbR品系中,UGT201D3基因在卵中表达量最低,其次是若螨、成螨,在幼螨中表达量最高。相较于敏感品系,该基因在AbR品系中显著高表达,这与基因芯片结果一致。经过低剂量阿维菌素诱导6h、12h和24h后,UGT201D3在SS品系中表达量与对照无显著性差异;在AbR品系中,阿维菌素胁迫6h和12h后,UGT201D3表达量显著上升,分别是对照的2.63倍和2.08倍,24h后无显著差异。  5. 采用“叶碟吸收饲喂法”对朱砂叶螨UGT201D3基因进行RNAi的研究。在饲喂 UGT201D3-dsRNA 后,SS 品系的沉默效率为 48.82%,UGTs 酶活性降低了39.30%,处理前后对阿维菌素的敏感性在LC30和LC50剂量下无显著差异,在LC70剂量下敏感性增加了 7.79%;AbR 品系中,沉默效率为 51.25%,UGTs 的酶活性降低了 63.20%,对阿维菌素的敏感性在 LC30、LC50 和 LC70 剂量下分别增加了16.42%、11.94%和22.99%(以死亡率计)。  6.构建了 UGT201D3 原核表达载体( UGT201D3-pColdⅡ/pET-28a 和UGT201D3q-pColdⅡ/pET-28a)并表达出有活性的可溶蛋白。测得重组蛋白的 Km和Vmax值分别为22.73±5.87μM和11.08±2.77 nmol/mg.pro.min?1,阿维菌素的抑制中浓度IC50为57.50 ±3.54μM,抑制常数Ki为9.9 ±6.2μM。药剂分解实验表明该重组蛋白能够分解阿维菌素,在150μg/mL和300μg/mL蛋白浓度下的分解率分别为15.77%±3.72%和16.75%±1.34%。
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