稻飞虱捕食性天敌黑肩绿盲蝽烟碱型乙酰胆碱受体毒理学特性研究

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黑肩绿盲蝽(Cyrtorhinus lividipennis)作为稻飞虱重要捕食性天敌,主要捕食稻飞虱卵和低龄若虫,在褐飞虱种群自然控制中发挥着不可忽略的作用。然而,杀虫剂的不合理使用不仅使褐飞虱等靶标生物对多种杀虫剂产生抗性,某些杀虫剂还对黑肩绿盲蝽等天敌具有较强的杀伤力。有研究发现,吡虫啉等新烟碱类杀虫剂在黑肩绿盲蝽和褐飞虱间不具备选择性,且亚致死剂量处理下也会显著影响黑肩绿盲蝽卵孵化率、捕食量、产卵量。然而对于黑肩绿盲蝽体内新烟碱类杀虫剂的作用靶标——烟碱型乙酰胆碱受体的相关研究至今仍是空白。强调综合防治的植保方针要求我们充分利用和保护天敌。这促使我们通过研究黑肩绿盲蝽烟碱型乙酰胆碱受体的毒理学特性,进一步探索其对新烟碱类杀虫剂高敏感性的分子机制,以应用于高效高选择性的新杀虫剂的开发。本文结合室内条件下新烟碱类杀虫剂对黑肩绿盲蝽及褐飞虱选择性评估的结果,通过高通量测序技术及分子生物学方法对黑肩绿盲蝽烟碱型乙酰胆碱受体(nAChRs)亚基进行了克隆,并对其中与褐飞虱表现出重要氨基酸差异的α8亚基进行了毒理学特性研究,通过探索黑肩绿盲蝽对新烟碱类杀虫剂高敏感性的原因,来进一步研究新烟碱类杀虫剂选择作用的分子机制。通过药膜法,测定了4种新烟碱类杀虫剂对田间品系黑肩绿盲蝽及褐飞虱的毒力。通过比较同一药剂对两种昆虫的LC50,得到相应药剂的选择性指数,并据此评估药剂在害虫和天敌间的选择性。此外测定了吡虫啉和噻虫胺这两种杀虫剂对室内敏感品系黑肩绿盲蝽及褐飞虱的毒力并评估杀虫剂选择性。综合分析田间种群与室内敏感品系的实验结果对新烟碱类杀虫剂在天敌和害虫间的选择性进行评估。结果显示:吡虫啉、噻虫胺和噻虫啉对黑肩绿盲蝽三龄若虫的LC50均远小于这两种药剂对褐飞虱三龄若虫的LC50,这三种杀虫剂对黑肩绿盲蝽三龄若虫的毒杀作用均明显大于对褐飞虱的毒杀作用,不具有利于生物防治的选择性;而呋虫胺对两者的毒力作用差异较小。通过整理转录组测序拼接结果,并采用特异引物RT-PCR和RACE技术,克隆了黑肩绿盲蝽9个烟碱型乙酰胆碱受体亚基基因。其中包括4个全长基因和5个5’-/3’-端不全的长片段。通过与其他昆虫nAChRs亚基序列比对和分析,发现其中6个亚基具有烟碱型乙酰胆碱α亚基的典型特征,3个具有p亚基的典型结构,此外,9个亚基结构特征分析也显示,它们均具有烟碱型乙酰胆碱受体亚基的典型特征,例如保守的半胱氨酸、胞外区与配基结合密切相关的环[loopA-C(α亚基),loopD-F(β亚基)]、4个跨膜片段及糖基化位点等。根据系统进化关系,分别将这9个亚基命名为Clα1、Clα2、 Clα3、Clα4、Clα7、Clα8、Clβ1、Clβ2和Clβ3。通过序列比较,发现黑肩绿盲蝽与褐飞虱的a8存在重要氨基酸位点差异。将C1α8与褐飞虱Nla8存在氨基酸差异的重要位点引入单突变或双突变,与大鼠β2亚基构建杂合受体Clα8/rβ2,在非洲爪蟾卵母细胞中成功表达。对比野生型重组受体Clα8/rβ2、突变型重组受体Clα8/rβ2及褐飞虱Nlα8/rβ2的激动剂反应,以研究黑肩绿盲蝽野生型Clα8亚基的Loop B和Loop C上一些关键氨基酸变化对其毒理学特性的影响。结果显示,B环上单个氨基酸突变N191F能显著降低Clα8/rβ2对吡虫啉敏感性。C环上的单个氨基酸改变E240T本身并不直接影响吡虫啉敏感性的影响,但当两个突变(N191F和E240T)同时存在时,受体的敏感性比引入单突变N191F时降低更显著。结果表明,B环上191位的氨基酸N在Clα8/β2对吡虫啉的敏感性中具有决定性的作用,而C环上240位的氨基酸E可能对其敏感性具有间接作用。
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