褐家鼠种群抗药性形成的分子遗传机制

Resistance to anticoagulant rodent poison has posed a significant threat to effective rodent control. Mutations in vitamin K epoxide reductase complex subunit 1(Vkorc1) are the major cause of resistance in mice and rats. Anticoagulant rodenticides have been widely used in rodent control in China for more than thirty years, and resistance has been reported in both mice and rats, including the Norway rat - one of the most abundant rodents in agriculture and quarantine in China. However, little is known on the underlying genetic basis of anticoagulant resistance. In this project we will use blood clotting reactions (BCR) method to examine resistance in the two Norway rat populations in Zhanjiang and Haerbin where rodents are controlled by different strategies. In addition, we will investigate the gene polymorphisms of Vkorc1, and characterize resistance associated Vkorc1 gene mutations. Lastly, we will investigate geographic distribution and dynamic frequency variations of Vkorc1 polymorphisms in the two Norway rat populations. This study will be useful for identifying genetic marker(s) and developing molecular methods for rapid detection of resistant Norway rats in China, and for understanding how different rodent control strategies, i.e. different selection pressure, affects resistance in rat populations. Overall, this study is important for ascertaining the genetic basis of anticoagulant resistance in Norway rats, and will provide a scientific guidance and technical support for effectively monitoring and controlling resistant Norway rats in China.

鼠类对抗凝血杀鼠剂的抗药性极大地降低了灭鼠效率。维生素K环氧化物还原酶复合体亚单位1（Vkorc1）基因的变异是导致多种鼠类对抗凝血杀鼠剂产生抗性的主要原因。我国使用抗凝血杀鼠剂已有30多年历史，很多地区的鼠类都产生了抗性，包括褐家鼠。褐家鼠是我国主要农田害鼠和卫生检疫害鼠之一，但关于我国褐家鼠的抗性现状及其形成的遗传机制还缺乏系统的研究。本项目将采用血凝反应法（BCR）检测不同用药策略下的两个褐家鼠种群（湛江和哈尔滨）的抗性水平，分析两个种群Vkorc1基因的多态性，及其与褐家鼠对抗凝血杀鼠剂抗性的相关性，比较两个种群Vkorc1抗性等位基因频率的地理差异及年度波动特征。本项目将寻找适合我国褐家鼠抗性检测的分子标记，探讨不同用药策略(即不同的选择压)对褐家鼠抗性种群形成的影响，用进化生物学的理论分析褐家鼠抗性种群形成的遗传机制，为我国褐家鼠抗性种群的监测与治理提供理论指导和技术支持。

鼠类对抗凝血杀鼠剂的抗药性极大地降低了灭鼠效率。维生素K环氧化物还原酶复合体亚单位1（Vkorc1）基因的变异是导致多种鼠类对抗凝血杀鼠剂产生抗性的主要原因。我国使用抗凝血杀鼠剂已有30多年历史，褐家鼠是我国主要农田害鼠和卫生检疫害鼠之一，部分地区已出现抗性鼠，但关于我国褐家鼠的抗性现状及其形成的遗传机制还缺乏系统的研究。本项目通过对湛江和哈尔滨地区的褐家鼠进行生理抗性检测和抗药靶基因多态性分析，阐明了两个地区抗药性的遗传基础，主要研究内容和结果如下：1）利用血液凝集法（BCR）和致死期食毒法（LFP）分别检测了湛江和哈尔滨褐家鼠的生理抗性水平，发现两地褐家鼠的抗性水平相对较低，分别为4.9%-17.1%和0-2.5%。2）测序分析了连续8年（2008-2015）收集的湛江298只和哈尔滨383只褐家鼠的Vkorc1基因的编码区发现了4个突变，其中三个突变Ala140Thr、His68His和Leu105Leu是在褐家鼠中首次发现。抗性相关性分析表明2个同义突变His68His和Leu105Leu与抗性没有明显的相关性。His68His和Ile82Ile在湛江和哈尔滨的种群中都有分布，Leu105Leu只在哈尔滨的褐家鼠中发现，在不同年度种群中的基因频率为3.1%-11.6%，Ala140Thr仅在湛江2011年及之前的种群中出现，在不同年度种群中的基因频率为0-4.0%。Ala140Thr位于杀鼠灵与VKORC1蛋白的结合位点上，可能与抗性相关，是我国褐家鼠抗性检测的一个潜在的分子标记。与生理抗性检测的结果一致，Vkorc1基因多态性分析的结果也支持湛江和哈尔滨地区褐家鼠的抗性水平比较低，对第一代抗凝血类灭鼠剂都比较敏感。3）分析了D-loop单倍型分析结果表明湛江和哈尔滨的种群间基因交流不明显，交流抗药性变异的机会相对较低。本项目的结果阐明了湛江和哈尔滨地区褐家鼠抗性水平比较低的遗传基础，对VKORC1基因多态性的分析为将来发展褐家鼠抗性快速检测技术提供理论基础，同时也为不同杀鼠剂使用和管理策略提供了依据,针对当前我国广泛使用第二代抗凝血类灭鼠剂来防治抗性水平低的褐家鼠种群的情况，我们建议在使用灭鼠剂时应该根据种群的抗性水平，选择合适的抗凝血类灭鼠剂，以延长抗凝血类灭鼠剂的使用寿命。