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棉蚜和蚊虫抗药性分子机制研究

刘洋洋  
【摘要】:随着我国化学杀虫剂的大量使用,昆虫抗药性的发展越来越快,为了综合研究昆虫的抗药性分子机制,本研究选取了危害棉花和林木的重要害虫棉蚜和传播人类疾病的重要媒介害虫蚊虫作为研究对象,对抗药性机制从不同的方面进行了研究。研究内容及主要的研究结果如下: 1.棉蚜对杀虫剂响应的转录组分析 为了研究棉蚜的抗药性,我们选取了久效磷、灭多威、吡虫啉三种杀虫剂对棉蚜进行杀虫剂生物测定实验。将用三种杀虫剂处理的蚜虫及对照组进行转录组测序,运用生物学软件对转录组实验数据进行分析,包括转录组数据库质量的分析和筛选差异性表达基因。对差异基因进行功能注释分析,并对其进行功能富集分析,主要包括差异基因的KEGG富集分析、GO注释的富集分析及IPR注释的富集分析。在KEGG数据库分析中,三个样本,其中只有样本Im(经吡虫啉刺激的棉蚜)经功能富集后有差异性基因。样本Im(经吡虫啉刺激的棉蚜):GO数据库分析中,共分析了7951个基因,经功能富集后上调基因共343个,共参与15类功能,下调基因共13个,参与2种功能。KEGG数据库分析中,共分析了3037个基因,经功能富集后上调基因共7个,共参与1类功能,下调基因共4个,参与1类功能。在IPR数据库分析中,共分析了10007个基因,经功能富集后上调基因共66个,共参与8类功能,下调基因共22个,参与7类功能。样本Me(经灭多威刺激的棉蚜):GO数据库分析中,共分析了7951个基因,经功能富集后上调基因共155个,共参与4类功能。在IPR数据库分析中,共分析了10007个基因,经功能富集后上调基因共30个,共参与5类功能。样本Mo(经久效磷刺激的棉蚜):GO数据库分析中,共分析了7951个基因,经功能富集后上调基因共189个,共参与16类功能。在IPR数据库分析中,共分析了10007个基因,经功能富集后上调基因共26个,共参与7类功能,下调基因共22个,参与20类功能。同时筛出了与代谢抗药性相关的基因,经分析这几个基因的功能与羧酸酯酶的功能类似,对于棉蚜抗药性机制的研究提供了有利数据。这些基因与抗药性的表型功能的研究则需要进一步的分析与验证。 2.羧酸酯酶与杀虫剂抗药性的关系 为了研究羧酸酯酶对杀虫剂的抗药性进化机制,结合2003年本实验室的调查数据及2011年调查数据进行了综合分析发现:5个北方种群(WHE, YUY, TAA, LPU,BJI)对拟除虫菊酯(pyrethroids)的抗药性最高,其次是有机磷类杀虫剂(OP),最后是对氨基甲酸酯类(carbamates)农药。在此次调查中,发现了6种过量表达的羧酸酯酶(esterases):B1, A2-B2, A8-B8, A9-B9, B10, A11-B11,还发现EsterB1和Ester8两者似乎存在竞争性的互相抑制对方的出现。本研究首次提出一种杀虫剂能选择多种酯酶类型,同样一种酯酶也能对多种杀虫剂起作用,所以野外羧酸酯酶对杀虫剂的抗性进化是一对多("one to many")的关系,而不是一对一("one to one")的关系。为研究抗性基因的在野生种群的进化过程和杀虫剂的抗药性监测管理都起到了相当重要的作用 3.羧酸酯酶和乙酰胆碱酯酶显色法快速检测尖音库蚊对有机磷杀虫剂抗性 根据蚊虫抗药性的生化和分子机理,通过建立不同抗性水平的品系,将经典的羧酸酯酶显色与抗性水平对应起来,制备了反映不同有机磷抗性倍数的羧酸酯酶滤纸显色卡,可以快速、简便的检测野生尖音库蚊种群的有机磷抗性水平;根据G119S突变导致的不敏感乙酰胆碱酯酶1对不同浓度残杀威抑制的反应,建立了靶标抗性与显色反应的关系,即用肉眼就可辨别的乙酰胆碱酯酶显色反应体系,快速检测种群中是否存在靶标抗性及其基因型。这两个试剂盒为我国蚊虫抗性监测和预警工作提供了方便、简洁而有效的工具。


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