化学感受蛋白基因参与瓜蚜对杀虫剂抗药性的调控及分子机制

The plant growth can be effected by the cotton-melon aphid (Aphis gossypii) in a variety of ways. Due to long-term use of insecticide, melon aphids have developed serious resistance to pyrethroids, nicotine and organophosphorus insecticides. The main mechanisms of melon aphids resistance are metabolic resistance and target resistance. Insects chemoreceptor system can be destroyed by insecticide residues. Chemosensory proteins (CSPs) can play a variety of functions. This study based on the characteristic of CSPs can be induced by insecticides, prediction of the CSPs which are involved in insecticide resistance of melon aphids by RNA-Seq sequencing and bioinformatics analysis. Determination of the metabolic spectrum and specificity of CSPs to different insecticides by RNAi, Drosophila melanogaster expression system and HPLC techniques. Analysis of the binding ability of CSPs protein and all kinds of insecticides, and identification of the DNA and proteins which can interaction with CSPs. These results can reveale the mechanism of CSPs involved in the regulation of insecticide resistance of aphids. It provides new ideas for the development of sensor chips for specific classes of toxic pesticide molecules, and have positive theoretical and practical significance for the effective management of resistant aphids.

瓜（棉）蚜（Aphis gossypii）通过多种方式影响植物生长，长期使用杀虫剂，已使瓜蚜对拟除虫菊酯类、烟碱类和有机磷类杀虫剂产生了严重抗药性。瓜蚜产生抗性的机制主要是代谢抗性和靶标抗性。杀虫剂残留会破坏昆虫的化学感受系统，其中化学感受蛋白（Chemosensory proteins，CSPs）发挥多种功能。本项目针对昆虫CSPs基因能被杀虫剂诱导的特性，拟通过高通量RNA-Seq测序手段并结合生物信息学分析，预测能够参与调控瓜蚜对杀虫剂抗性的CSPs基因，通过RNAi、果蝇表达系统及高效液相色谱等技术明确CSPs对不同类型杀虫剂的代谢谱和专一性，分析CSPs蛋白与各类杀虫剂化合物的结合特性，并鉴定与CSPs互作的DNA和蛋白质，揭示CSPs参与调控瓜蚜对杀虫剂抗性作用机制。研究结果对开发制造针对特定类别有毒农药分子的传感器芯片提供新思路，并对有效治理抗性瓜蚜具有积极的理论和实践意义。

瓜（棉）蚜（Aphis gossypii）通过多种方式影响植物生长，长期使用杀虫剂，已使瓜蚜对拟除虫菊酯类、烟碱类和有机磷类杀虫剂产生了严重抗药性。瓜蚜产生抗性的机制主要是代谢抗性和靶标抗性。杀虫剂残留会破坏昆虫的化学感受系统，其中化学感受蛋白（Chemosensory proteins，CSPs）发挥多种功能。本研究通过高通量RNA-Seq测序手段并结合生物信息学分析，预测能够参与调控瓜蚜对杀虫剂抗性的CSPs基因，通过果蝇表达系统明确CSPs对不同类型杀虫剂的代谢谱和专一性，分析CSPs蛋白与各类杀虫剂化合物的结合特性，揭示CSPs参与调控瓜蚜对杀虫剂抗性作用机制。研究结果共发表相关论文10篇，其中SCI论文7篇，中文核心期刊论文3篇。培养研究生2名。通过3年的研究，顺利完成了计划内容。1）从本研究瓜蚜转录组和NCBI GenBank已发表的转录组数据库中共鉴定出12个CSP基因，发现不同类别蚜虫中CSP基因表达存在差异。进一步通过进化分析表明瓜蚜CSPs有4个基因组簇，分别是：CSP4-CSP1-CSP6；CSP2-CSP9；CSP8-CSP5；CSP10-CSP7。2）通过生物测定，确定瓜蚜对氧化乐果的抗性水平，发现呈较高趋势；使用生物测定结果的氧化乐果LC10、LC50和LC90浓度诱导瓜蚜CSP基因的表达，发现CSP5能够被氧化乐果显著诱导，且呈剂量依赖性趋势；另外，除了CSP4和CSP6，其他CSP基因都未被氧化乐果显著诱导。3）利用UAS/GAL4系统，在果蝇中成功表达了瓜蚜CSP5基因；对转基因果蝇品系进行杀虫剂毒力测定发现转基因果蝇品系（Hsp70-GAL4>UAS-CSP5）在热休克处理后，显示出对氧化乐果的高抗性，而在杀虫剂溴氰菊酯和氟胺氰菊酯处理下，转基因蝇的死亡率与对照组相差不大。通过分子对接与动态模拟，发现瓜蚜CSP5与吡虫啉药剂有很强的结合能力，另外，也可以和氧化乐果，溴氰菊酯和氯氰菊酯有一定的结合能力。研究结果对开发制造针对特定类别有毒农药分子的传感器芯片提供新思路，并对有效治理抗性瓜蚜具有积极的理论和实践意义。