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miRNA靶向调控解毒酶基因介导褐飞虱对烯啶虫胺的抗性

发布日期:2022/3/1 14:16:45

褐飞虱Nilaparvata lugens(Stål)是水稻上最具破坏性的害虫之一,2020年被我国农业农村部列入《一类农作物病虫害名录》。褐飞虱的防治主要依靠化学杀虫剂,然而由于用药水平的迅速提高以及杀虫剂不科学合理使用,加速了害虫抗药性的进化,致使害虫抗药性日趋严重,褐飞虱已经成为了目前全世界抗性最严重的害虫之一,明确害虫抗药性机制是抗药性治理和新农药创制的重要基础。

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烯啶虫胺为新烟碱类杀虫剂,目前在防治稻飞虱上广泛使用。尽管褐飞虱田间种群已对烯啶虫胺产生敏感至中等水平抗性且抗性水平持续上升,但烯啶虫胺仍是目前田间防治褐飞虱的主要药剂之一。前期研究表明多个细胞色素P450多功能氧化酶和羧酸酯酶基因的上调表达介导了褐飞虱对烯啶虫胺抗性,但在褐飞虱抗药性中关于miRNA介导的转录调控机制尚未见报道。

为探究miRNA介导的褐飞虱对烯啶虫胺代谢抗性转录后调控机制,华中农业大学农药毒理学&有害生物抗药性研究团队首先采用RNAi技术沉默miRNA合成通路上关键酶Dicer、AGO和Drosha,结果表明Dicer、AGO和Drosha表达被沉默后,可显著上调CYP6ER1、CYP302A1、CYP3115A1和CarE1基因的表达,暗示miRNA参与了褐飞虱对烯啶虫胺的代谢抗性。

通过Small RNA测序技术共鉴定了褐飞虱221个miRNAs,其中179个为新鉴定的miRNAs。其中在抗性品系中相对于敏感品系共有36个miRNAs显著下调表达和36个miRNAs显著上调表达。进一步基于miRNA-靶基因预测软件分析发现novel_85和novel_191分别靶向CYP6ER1和CarE1的ORF区域,同时,双荧光素酶实验证实了novel_85和novel_191分别与CYP6ER1和CarE1的ORF区域存在相互作用关系。此外,体内注射novel_85和novel_191类似物均可显著抑制CYP6ER1和CarE1的表达,进而提高褐飞虱对烯啶虫胺的敏感性,而注射novel_85和novel_191抑制剂则显著增加了褐飞虱对烯啶虫胺的抗性。上述研究结果表明novel_85和novel_191分别反向调控CYP6ER1和CarE1的表达进而介导褐飞虱对烯啶虫胺的抗性。

本研究结果有助于全面揭示褐飞虱对烯啶虫胺代谢抗性调控机制,同时深化人们对害虫抗药性分子机制的认识,为害虫抗药性治理和克抗新型杀虫药剂创制提供新思路和新靶标,为我国水稻的安全生产提供技术支撑。

华中农业大学植物科学技术学院毛凯凯博士为论文第一作者,李建洪教授为通讯作者。本研究得到国家自然科学基金(31871989)的资助。 

原文信息:

Mao, K. K., Jin, R. H., Ren, Z. J., Zhang, J. J., Li, Z., He, S., Ma, K. S., Wan, H. and Li, J. H. (2022) miRNAs targeting CYP6ER1 and CarE1 are involved in nitenpyram resistance in Nilaparvata lugens. Insect Science, 29(1), 177–187.

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