甜菜夜蛾黄素单加氧酶的特性与功能研究

Insecticide resistance is one of the important factors impacting chemical control of insect pests, researches on mechanism of insecticide resistance will contribute to the delay of resistance development and rational application of pesticides in practices. Flavin-dependent monooxygenases (FMO) are significant detoxification mechanisms in animals, and involved in the detoxification metabolism of xenobiotics and various drugs, however, there were scarcity of researches on insect FMOs. In this program the sequences of FMOs from Spodoptera exigua will cloned, the characteristics of FMO enzymes and the FMOs expression will be analyzed in beet armyworm. The mRNA expression level and enzymatic activities of FMOs in insecticide resistant strains and field populations of Spodoptera exigua will be measured to evaluate the relationship between FMO expression and insecticidal resistance level. The synergism on insecticidal toxicities by FMO inhibitor will also be assayed, and the insecticide oxidation by FMOs from this insect species will be investigated to elucidate oxidative metabolism and resistance of insecticides confered by insect FMOs. This program will fill the blank of researches in insect FMOs, and enrich the theory of insect toxicology and insect resistance.

害虫对杀虫剂产生抗药性是生产上影响化学防治效果的重要因素，对害虫抗性机理的研究有助于延缓抗性的产生与生产上科学合理地使用农药。黄素单加氧酶是动物体内的重要解毒酶，参与对外源化合物与众多药物的解毒代谢。昆虫黄素单加氧酶的结构与功能研究却很少，本项目将克隆甜菜夜蛾黄素单加氧酶的基因序列，分析甜菜夜蛾FMO的结构特征以及表达规律；分析甜菜夜蛾不同抗性品系（种群）FMO酶活性与FMO表达量的差异，分析与抗药性之间的关系；探讨FMO抑制剂对杀虫剂的增效作用；分析甜菜夜蛾FMO对各种杀虫剂的氧化代谢能力，以期探明昆虫FMO与杀虫剂代谢和抗药性的关系。通过该研究填补昆虫FMO研究的空白，为丰富昆虫毒理学与抗药性理论做出贡献

黄素单加氧酶（FMO）是人体内的重要解毒酶，为人体防御外源物伤害的重要生理屏障，但昆虫FMO的特性与功能却鲜为人知，在本项目支持下对农业害虫甜菜夜蛾FMO开展了系统研究，取得了4个方面的研究成果：.1）首次揭示了甜菜夜蛾FMO的基本特性，发现甜菜夜蛾具有3个FMO基因，其中FMO1编码的是膜蛋白，FMO2与FMO为胞外分泌蛋白，3个FMO基因在甜菜夜蛾从卵到成虫的各生育期均有表达，但以幼虫期表达为主，3个FMO在幼虫期的表达有一定的组织表达特异性。.2）揭示了甜菜夜蛾FMO的代谢谱，发现该昆虫的FMO对氰氟虫腙、高效氯氟氰菊酯等杀虫剂有较高的代谢活性。.3）首次发现FMO与害虫抗药性有关，并开发出杀虫增效剂：研究表明昆虫FMO的表达能被杀虫剂处理所诱导，更重要的是抗性种群FMO的表达水平与酶活性显著高于敏感种群，使FMO表达水平下调可提高害虫对多种杀虫剂的敏感性，如高效氯氟氰菊酯、氰氟虫腙、毒死蜱、丁硫克百威等，采用FMO抑制剂可增强氰氟虫腙、高效氯氟氰菊酯以及甲维盐等的毒力，根据这些研究结果，我们开发出了能抑制FMO活性、克服抗药性的新型杀虫增效剂，可用于抗性害虫的治理。.4）发现昆虫FMO是糖脂代谢的重要调控因子，在细胞水平与昆虫个体水平使FMO表达下调，细胞及昆虫体内的糖原水平显著上升，而甘油三酯水平则显著下降，用FMO的抑制剂处理也能得到类似的结果，并且还能观察到细胞中脂滴的减少，这些研究结果说明FMO参与了昆虫糖脂代谢的调控，对于揭示糖脂相关疾病的发生机理有重要的指导意义。. 总之，FMO在昆虫中也是重要的解毒酶，是昆虫防御外源物伤害的生理屏障之一，在抗性昆虫中能快速地将杀虫剂降解，被用于抵御杀虫剂的攻击，所以，FMO高表达是一种重要的代谢抗性机制。除参与解毒外，FMO还是糖脂代谢的重要调控者。