朱砂叶螨乙酰胆碱酯酶特征分析及其特有的杀螨剂作用靶点研究

Current organophosphates and carbamates pesticides react with a serine residue at the catalytic site of acetylcholinesterase (AChE). One safe way to control these mites without harm to mammals is to develop new acaricides that target a conserved and mite-specific region of AChE. A few study mentioned species-selective inhibitors of AChE and their insect-specific AChE targets. However, mite-selective inhibitors of AChE and their specific AChE targets in Tetranychus cinnabarinus, are rarely reported. The aim of this study is to clone of AChE gene using homology probing methods with various degenerate primers. The three-dimensional modeling structure of T. cinnabarinus AChE will be created by automated homology modeling, and differential analysis of AChE structure from mites and from mammalian will be performed to characterize mite AChE. AChE of T. cinnabarinus will be expressed in vitro using the baculovirus expression system, and the mite-selective inhibitors of AChE will be screened. Molecular docking method will be used to analysis the target of the mite-selective AChE inhibitors, which may discover the mite-specific AChE targets. The study may enable the design of novel and safe acaricides that target the mite-specific AChE region without causing human toxicity and resistance problems.

有机磷和氨基甲酸酯类杀虫剂主要作用于人畜、昆虫等乙酰胆碱酯酶(AChE)都有的活性位点处的丝氨酸残基，一种安全控制害螨而不危及哺乳动物的策略，是研制出以害螨特有的AChE保守活性位点为靶标的新的杀螨剂。目前虽然有少量关于蚜虫、蚊类和铜绿蝇等的AChE选择性抑制剂和特有作用靶点的报道，但是朱砂叶螨隶属蛛形纲，与昆虫纲等AChE不同，针对螨AChE的选择性抑制剂和特有作用靶点鲜有报道。本研究拟采用简并引物等技术克隆朱砂叶螨AChE基因，体外表达螨AChE，拟筛选对螨AChE和人畜AChE有较好选择性的抑制AChE活性物质。对螨AChE进行同源结构建模，通过比对分析螨AChE与人畜AChE活性位点及周围区域氨基酸序列和结构差异明确其特征,采用分子对接法研究选择性抑制螨AChE活性物质作用于螨AChE的作用靶点，提出螨AChE特有的作用靶点，为新型选择性植物源杀螨剂的研制奠定基础。

鉴于螨害是公认的难以防治的有害生物群落。朱砂叶螨具有个体小、繁殖快、种群密度大、危害严重、易产生抗药性等特点。乙酰胆碱酯酶是目前绝大多数推广使用的杀虫剂的重要神经系统作用靶标。本研究成功克隆了朱砂叶螨杀螨剂神经靶标AChE基因全长，提交至NCBI的GenBank数据库，获登陆号为AGI96546.1。明确朱砂叶螨体内乙酰胆碱酯酶基因的数目为1个，同属叶螨属的二斑叶螨基因组和转录组测序结果表明，二斑叶螨也只有单个乙酰胆碱酯酶基因。与昆虫和蜱等有多个乙酰胆碱酯酶基因不同。明确了朱砂叶螨与二斑叶螨以及其他种属不同的特点。.有较多的研究报道AChE作为靶标酶被抑制或敏感性降低或变构是害螨对多种杀螨剂产生抗性的重要机制。克隆朱砂叶螨AChE基因，对AChE进行结构建模，比对分析了害螨敏感品系和抗性品系AChE氨基酸序列和结构的差异，进一步验证了几个位点在害螨产生抗性中起重要作用，为在分子水平上阐明朱砂叶螨对杀螨剂产生抗性的机制奠定坚实的基础。.分析了朱砂叶螨乙酰胆碱酯酶在四个不同发育时期的表达特征，并在转录和蛋白水平分别剖析了植物源杀螨活性物质β-谷甾醇处理螨后对朱砂叶螨AChE基因表达的影响。还分析了几种杀螨活性化合物和已知乙酰胆碱酶抑制剂对体外重组的AChE的敏感性，为今后农药残留检测奠定坚实的基础。此外，本研究也为阐明螨和哺乳动物等AChE的催化特性和抑制动力学等方面的区别奠定基础。.螨AChE和人AChE催化口袋的结构比对分析，发现了一些潜在的螨特有的杀螨剂作用靶点，我们采用分子设计的方法，进行选择性杀螨化合物的筛选，获得了几个有较好性的杀螨化合物，并分析了它们与螨AChE催化口袋的作用位点，发现了几个潜在的螨特有的作用位点，具有一定的应用前景，为今后控制螨虫研制出新型的选择性杀虫剂奠定了坚实的基础。.通过本项目的执行，获得了以下研究成果：发表论文16篇，其中SCI 收录四篇，授权专利1项，培养了硕士3名，副高职称1名。