二化螟对氯虫苯甲酰胺抗性分子机理研究

The rice stem borer, Chilo suppressalis (Walker) is one of the most serious rice pests through Asian countries and chlorantraniliprole is the main insecticide against this pest, which acts on insect ryanodine receptor. C. suppressalis will inevitably develop high resistance to chlorantraniliprole, as a result of long-term field applications. In order to demonstrate the molecular mechanism of chlorantraniliprole resistance in C. suppressalis, the laboratory C. suppressalis strain was selected, showing high resistance to chlorantraniliprole. In the present proposal, the important genes associated with the chlorantraniliprole resistance in C. suppressalis will be found by using RNA-seq and qRT-PCR techniques, and their functions will be tested with RNAi and heterogeneous expression techniques. RyR sequences will be compared between the resistant and susceptible strains to find out the possible mutations related to the chlorantraniliprole resistance in C. suppressalis, which will be verified by heterogeneous expression technique. The research results will provide evidences of molecular mechanisms for chlorantraniliprole resistance, which will be useful for the anthranilic diamide insecticide resistance management and offer molecular model for developing high-effective and high-selective anthranilic diamide insecticides.

二化螟是水稻最主要的害虫之一，以鱼尼丁受体（ryanodine receptor, RyR)为靶标的氯虫苯甲酰胺是防治该虫的当家品种之一。随着该药的大量和不合理使用，抗药性已经成为不可避免的问题。为了阐明二化螟对氯虫苯甲酰胺的抗性分子机理，本项目拟在已筛选获得的抗性品系基础上，采用RNA-seq和qRT-PCR技术发掘出二化螟中与氯虫苯甲酰胺抗性相关的基因，并采用基因体外表达技术和RNAi技术对抗性相关基因进行功能验证；对比分析抗性和敏感品系间鱼尼丁受体基因（RyR）序列差异，寻找关键位点突变，并进行体外表达验证，分析突变对氯虫苯甲酰胺敏感性的影响。研究结果将从量变和突变两个方面明确害虫对二酰胺类杀虫剂的抗性机理，为该类杀虫剂抗性治理提供理论依据，为高效高选择性杀虫剂研发提供靶标分子模型。

以鱼尼丁受体（ryanodine receptor, RyR)为靶标的氯虫苯甲酰胺是防治水稻二化螟的主要药剂。随着该药的大量和不合理使用，抗药性已经成为不可避免的问题。为了阐明二化螟对氯虫苯甲酰胺的抗性分子机理，本项目采用 RNA-seq 和 qRT-PCR 技术发掘出3个与氯虫苯甲酰胺抗性相关的二化螟解毒酶基因（CYP6Cv5、CYP307A2和GST-1)，并利用超量表达技术验证了CYP6Cv5和CYP307A2与抗药性的关系；对比分析抗性和敏感品系鱼尼丁受体基因（RyR）序列差异，发现了2个与氯虫苯甲酰胺抗性可能相关的突变位点（Y4667C/D，I4758M）；上述研究结果表明，二化螟对双酰胺类杀虫剂产生抗性的分子机理是解毒酶基因的过量表达和鱼尼丁受体基因突变，这些结果将为该类杀虫剂抗性治理提供理论依据，为高效高选择性杀虫剂研发提供靶标分子模型。通过定制化芯片，系统研究了22,197个二化螟基因在7个蛹期发育时间节点的表达情况。结果共鉴定到622个差异表达基因。GO分析显示这些基因在早期蛹发育时期主要与物质能量代谢相关，参与幼虫阻止解离等。在蛹发育后期，差异高表达基因主要与物质的生物合成即成虫器官生成相关。在早期蛹发育时期，共有27个溶质载体家族基因（SLC）高表达。我们成功地在预蛹时期下调了SLC22A3的表达量，这一沉默行为导致蛹体表皮的白化和鞣化失败。RNAi处理的个体非正常的表型暗示该基因在蛹发育时期有重要作用。此外，本项目还建立了一种简便、快速、准确和实用的二化螟生测方法-饲料混毒法，为二化螟的抗药性监测与治理提供技术支撑。