氯虫苯甲酰胺抗性小菜蛾鱼尼丁受体特性及抗性相关miRNA功能研究

The diamondback moth (DBM), Plutella xylostella, is one of the most economically important cruciferous pest insects in the world. Chlorantraniliprole is a totally noval insecticide targeting at the ryanodine receptor (RyR) of insects. However, field populations of DBM has develped high resistance to this insecticide and we know very little about the resistance mechanisms. Intensive study of the molecular mechanisms of chlorantraniliprole resistance will provide important basis for the management of resistant DBM population. In present study, the theory and techniques of both molecular genetics and epigenetics will be used to 1)Study the relationship between the expression level of RyR mRNA and chlorantraniliprole resistance in DBM, 2)Undstanding the relationsip between the point mutation of G4996E in RyR and chlorantraniliprole resistance by comparation of the binding capacities of mutant homozygote, hetrozygote and wild homozygote RyR with chlorantraniliprole, and 3)Identify the miRNAs that involed in the chlorantraniliprole resistance regulation and evaluate their functions. The objectives of this project is to understand the molecular mechanisms of chlrantraniliprole resistance in DBM systermatically. The results of this study would be very helpful for the mornitoring and management of resistant DBM populations in field.

小菜蛾是十字花科蔬菜的重要害虫。氯虫苯甲酰胺是以昆虫鱼尼丁受体为靶标的具有全新作用机制的杀虫药剂，但目前小菜蛾已对其产生高度抗性，抗性机制尚不清楚。深入研究小菜蛾对该药剂产生抗性的分子机理是进行抗药性监测和治理的重要前提。本项目拟应用分子遗传学和表观遗传学的理论与方法，1）研究小菜蛾鱼尼丁受体基因mRNA表达量与小菜蛾对氯虫苯甲酰胺抗性的关系；2）研究突变纯合种群、杂合种群及非突变种群小菜蛾鱼尼丁受体与氯虫苯甲酰胺的药剂结合动力学，阐明点突变G4996E与小菜蛾对氯虫苯甲酰胺抗性的关系； 3）筛选、鉴定小菜蛾中与氯虫苯甲酰胺抗性相关的miRNA并研究其在调控小菜蛾抗药性中的功能。通过上述研究，从鱼尼丁受体的量变、质变及及相关miRNA调控机理三个方面系统揭示小菜蛾对氯虫苯甲酰胺抗性的分子机制。研究结果对于完善昆虫毒理学理论及有效治理氯虫苯甲酰胺抗性小菜蛾具有重要的理论和实践意义。

小菜蛾是世界范围内十字花科蔬菜的重要害虫。氯虫苯甲酰胺是具有全新作用机制的双酰胺类新型杀虫剂，对小菜蛾等鳞翅目害虫防效优异。田间小菜蛾很快对其产生了高水平抗性，但对其抗性机制缺乏了解。本研究应用分子遗传学和表观遗传学的理论与方法，从靶标抗性和代谢抗性两方面较为系统的揭示了其对新型药剂氯虫苯甲酰胺产生抗性的分子机理。研究结果共发表相关论文8篇，其中SCI论文5篇，中文核心期刊论文3篇。培养毕业研究生4名，硕士、博士各2名。.通过4年的研究，顺利完成了计划内容。1）明确了小菜蛾鱼尼丁受体mRNA 表达量上调是小菜蛾对氯虫苯甲酰胺产生抗性的机制之一，且其表达量上调由miR-7a和miR-8519 两个miRNA协同调控；2）明确了小菜蛾鱼尼丁受体点突变G4996E导致的受体与药剂结合能力下降是导致其产生抗性的主导机制，并发现了三个与氯虫苯甲酰胺抗性相关的新的突变位点；3）进一步从两个田间种群中筛选鉴定出与小菜蛾对氯虫苯甲酰胺抗性相关的miRNA共11个，为进一步研究miRNA调控的小菜蛾对氯虫苯甲酰胺抗性的分子机理奠定了坚实基础。4）研究明确了UGT2B17过量表达导致的次级代谢增强是小菜蛾对氯虫苯甲酰胺抗性的又一机制。.通过上述研究，从鱼尼丁受体的量变、质变、相关miRNA 调控机理及代谢抗性机制四个方面系统揭示了小菜蛾对氯虫苯甲酰胺抗性的分子机制，并根据受体基因突变导致抗性这一主导机制建立了小菜蛾对氯虫苯甲酰胺抗性快速分子诊断技术。研究结果为阐明其他害虫对双酰胺类杀虫剂抗性的分子机制，以及双酰胺类杀虫剂抗性害虫的科学治理提供了重要的理论基础。