二化螟抗性突变基因的群体遗传规律及突变品系适合度代价机制研究

Studies have shown that insects after developing pesticides resistance will decrease their fitness. Our previous study found that indoor serially reared rice stem borer, do not touch any pesticides, different generations of the borer whose triazophos resistance mutation (A314S in AChE1 of rice stem borer) frequencies are on the rise. There are some differences with our usual understanding. To this end, the project intends to build three identical genetic background strains (RR, SS, MRS) in the laboratory based on the field collection of rice stem borer. Then, the population life tables will be established, and the transcriptomes of RR strain and SS strain will be sequenced. Based on these works, the resistance mutations fitness costs, the difference of the important physiological indexes, and the function of differentially expressed genes in the stem borer will be analyze. In addition, the MRS strain will be divided into two parts, one part will have pesticide-free treatment and the other part will have pesticide treatment. Then, the frequency of resistance mutation in different generations will be tested. Based on this result, the genetic rule of triazophos resistance mutation gene in rice stem borer will be found. Taken together, through the implementation of the project, will increase our understanding of pesticide resistance, as well as develop a more scientific and rational pest management measures.

昆虫对药剂产生一定程度抗性后其适合度会下降。前期研究发现室内连续传代饲养的二化螟，不接触任何药剂，其三唑磷抗性相关突变（AChE1上A314S突变）频率有上升趋势。为了揭示其内在机制，本项目拟利用在室内建立的3个遗传背景一致的二化螟品系（RR、SS、MRS），从适合度差异和交配选择性两方面开展研究。通过构建RR和SS品系的种群生命表，明确两者的适合度差异；分析RR和SS品系间AChE1和AChE2在不同层次上的差异，并通过转录组测序寻找两品系间与适合度代价相关的基因，揭示导致二化螟抗性适合度代价产生的内在机制；通过交配选择试验确定RR和SS品系间是否存在交配选择性；利用MRS品系研究在有药剂和无药剂处理条件下该抗性突变基因的遗传变化规律。综上，揭示无药剂选择压条件下，二化螟三唑磷抗性突变频率上升的规律和内在机制，以期深化对昆虫抗性的理解与认识，同时为制定科学合理的田间用药方案提供理论指导。

二化螟是水稻上的重要害虫，严重威胁我国的粮食生产安全。目前主要依赖化学药剂对其进行防控。药剂的长期使用导致害虫产生了抗性。害虫抗药性治理是农业生产面临的重大问题。认识害虫抗药性形成的机制对抗性治理有重要帮助。本项目基于室内建立的二化螟突变纯合（RR）和敏感纯合（SS）品系，对比分析了两个品系的解毒酶活力及表达量差异；两个品系的交配竞争力和生殖力差异等；以及开展了田间二化螟种群的抗药性监测；灌水灭螟措施成效差异机制分析等工作。结果表明，SS品系酯酶活力高于RR品系，可能原因是RR品系自身具有更高的耐受外源毒物的能力，自身无需耗费更多的资源来产生用于代谢毒物的酶类；SS品系耐受外源毒物的能力较低，机体需产生更多的用于代谢毒物的酶类。SS品系的ace1基因表达量高于RR品系；RR品系的ace2基因表达量高于SS品系。推测由于ace1基因是二化螟的主效基因，当ace1发生突变后，与其天然底物乙酰胆碱的结合能力有减弱，由此通过增加ace2基因的表达量来弥补功能的不足。同理，对于SS品系，ace1作为主效基因，自然条件下表达量高于ace2的表达量，能够满足正常的生理功能需求。二化螟RR品系与SS品系相比，具有更高的交配竞争力和更高的卵孵化率，导致二化螟种群的抗性突变频率呈缓慢上升趋势，研究结果为害虫的抗药性治理提供了新的启示。抗药性监测结果表明不同地理种群二化螟对药剂的抗性水平有很大差异，这为各地选择合适的药剂防控二化螟提供了重要参考。越冬二化螟不但能够快速逃离淹水区域而且具有较强的抗溺水能力，冬后采取灌水措施杀螟时，必须阻止二化螟的逃逸而且要保持较长时间的淹水状态，只有这样才能到达理想的灌水灭螟效果。冬后灌水杀二化螟的最佳时机是化蛹高峰期，此时二化螟无法逃逸。对于越冬三化螟而言，由于其爬行能力弱且容易溺亡，故冬后采取灌水措施杀灭三化螟只要淹水时长合适便可达到很好的杀螟效果。