褐家鼠可塑性耐药表型的分子调控机制

Anticoagulant rodenticides have been widely used in rodent control, but the anticoagulant resistance has arisen as a serious problem in some areas. Mutations in the coding region of Vkorc1 confer anticoagulant resistance in most mice and rats. However, it could not explain all the phenomena of anticoagulant resistance in rodents. Phenotypic plasticity regulated by epigenetic mechanism is regarded as another one major reason for anticoagulant resistance. Our preliminary data suggested that the offsprings of Norway rats carrying the wild type Vkorc1 could develop transgenerationally inherited resistance after induction with sub-lethal feeding of warfarin. In this study, we will compare the RNA-seq data of liver transcriptome between susceptible rats and warfarin-induced resistant rats, identify the key molecular pathways and key genes associated with the induced warfarin resistance, and then ascertain resistance-associated methylation within the promoter regions and resistance-related DNA variations in the coding region of the key genes, and explore the molecular regulatory mechanism that regulates the inducible resistance phenotype in the Norway rat. This study will be useful for further understanding the molecular mechanism of warfarin resistance as well as plasticity of resistance phenotypes in the Norway rat. This study will also provide theoretical basis for developing genetic technique for rapid detection of warfarin resistance and for effective management of the resistant rodents.

抗凝血类灭鼠剂是鼠害防控中最常用的灭鼠剂，但抗药性问题日益严重。研究表明抗药靶基因Vkorc1编码区的变异是导致鼠类抗药性的主要机制，然而却无法解释所有的抗性现象。受表观机制调控的表型可塑性被认为是导致鼠类抗药性形成的另一重要原因，但相关的机制尚缺乏研究。项目组的前期实验表明携带野生型Vkorc1的褐家鼠可以通过利用亚致死剂量的杀鼠灵逐代筛选，产生耐药性后代。本项目拟通过比较敏感鼠和人工筛选的耐药鼠肝脏转录组的高通量测序数据，确定与褐家鼠耐药性相关的重要分子通路和关键基因，并查明关键基因启动子区与耐药相关的DNA甲基化修饰特征，以及与耐药相关的DNA变异，阐明褐家鼠产生可塑性耐药表型的分子调控机制。该研究有助于全面了解鼠类产生抗药性的遗传和表观遗传基础，同时也为发展鼠类抗性分子检测方法和科学鼠害治理提供理论依据。

抗凝血类灭鼠剂是褐家鼠防控中最常用的灭鼠剂，但褐家鼠对其很容易产生抗药性。目前抗药靶基因Vkorc1编码区的变异是褐家鼠产生抗性的重要机制，但无法解释所有的抗性现象。本项目主要研究不携带Vkorc1变异的褐家鼠在杀鼠灵持续使用过程中是否可以产生耐药性，以及产生耐药性的分子调控机制。以不携带Vkorc1变异的褐家鼠封闭群为研究对象，利用亚致死剂量的杀鼠灵进行六代筛选后，发现各代的存活率比F0代明显提高，但同时种群的繁殖能力降低。对三组种群，包括未经杀鼠灵筛选的F0后代、F5代和进一步筛选F5代后存活的个体（F5R），分别用杀鼠灵处理24小时，对处理前、后的肝脏组织进行转录组测序，结果发现各组杀鼠灵处理前、后转录组差异不明显，但F5和F5R的转录组与F0代相比均出现了明显的差异，GO和KEGG分析显示差异基因在外源刺激及有毒物质的反应、激素合成与代谢、脂质代谢、低氧反应、昼夜节律和免疫等相关通路富集。一些与激素合成和代谢的相关通路受到影响也可能是筛选过程中褐家鼠繁殖能力降低的主要原因，后续需要在繁殖器官中进行进一步的验证。利用qPCR验证了Aqp1、Anxa5、Akr1c3l1、Egr1等凝血和代谢相关的基因在F5和F5R中均显著上调，是褐家鼠耐药性提高的关键基因。对转录组的DNA变异进行分析发现F5代和F0代的转录本DNA出现了明显的遗传分化，说明褐家鼠封闭群经过杀鼠灵的多代筛选后，受选择的DNA变异可能对褐家鼠耐药性的提高具有一定的贡献，后续对高质量的基因组进行分析有助于更全面地挖掘耐药相关的分子标记。综上所述，本项目阐明了经过杀鼠灵多代筛选后不携带Vkorc1突变的褐家鼠种群产生耐药性的规律，为鼠类防治应用中抗凝血类灭鼠剂的轮换用药提供理论依据，同时也阐明了与F5代耐药性提高相关的分子通路与关键基因，解释了同一种群内不同个体的耐药性水平不同的分子基础，为今后更加精准地预测褐家鼠种群的抗药性水平提供分子标记。