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Gene expression of a detoxification enzyme in Tetranychus urticae resistant to fenpropathrin

二斑叶螨抗甲氰菊酯种群解毒酶基因表达分析



全 文 :书犇犗犐:10.11686/犮狔狓犫2014321 犺狋狋狆://犮狔狓犫.犾狕狌.犲犱狌.犮狀
杨顺义,岳秀利,王进军,刘长仲,沈慧敏,沈一凡,郭金梅.二斑叶螨抗甲氰菊酯种群解毒酶基因表达分析.草业学报,2015,24(8):150158.
YangSY,YueXL,WangJJ,LiuCZ,ShenHM,ShenYF,GuoJM.Geneexpressionofadetoxificationenzymein犜犲狋狉犪狀狔犮犺狌狊狌狉狋犻犮犪犲resistant
tofenpropathrin.ActaPrataculturaeSinica,2015,24(8):150158.
二斑叶螨抗甲氰菊酯种群解毒酶基因表达分析
杨顺义1,岳秀利1,王进军2,刘长仲1,沈慧敏1,沈一凡1,郭金梅1
(1.甘肃农业大学草业学院,草业生态系统省部共建教育重点实验室,中美草地畜牧业可持续发展中心,甘肃 兰州730070;
2.西南大学植物保护学院,昆虫学及害虫控制工程重点实验室,重庆400716)
摘要:基因 mRNA水平相对表达量的显著变化是二斑叶螨对拟除虫菊酯类药剂产生抗性的重要机制。为了揭示
二斑叶螨对甲氰菊酯抗性产生的解毒酶分子机理,本研究采用实时荧光定量PCR(quantitativerealtimePCR,qRT
-PCR)方法分析二斑叶螨实验室敏感(SS)和田间种群(LZR、GNR、WWR、TSR和LXR)主要解毒酶谷胱甘肽
转移酶(glutathionestransferases,GSTs)、细胞色素P450单加氧酶(cytocheomeP450monooxygenases,P450s)
及羧酸酯酶(carboxyl/cholinesterases,CCEs)基因 mRNA水平相对表达量的差异。结果表明,二斑叶螨不同种群
不同解毒酶基因的相对表达量不同。WWR和TSR种群中犜狌犌犛犜犱05以及LXR种群中犜狌犌犛犜犱01和 犜狌犌
犛犜犱06基因表达量均显著上调,为SS种群的1.42~2.34倍,而GNR种群中犜狌犌犛犜犱04,LZR种群中犜狌犌犛犜犱05
和犌犛犜犱09表达量显著下调,为SS种群的0.41~0.70倍;P450s基因犆犢犘406犃1和犆犢犘4犆犔1表达量在LZR、
GNR以及 WWR种群中均显著上调,分别为SS种群的1.80~4.88倍,此外,犆犢犘387犃1在LZR种群中显著上
调2.19倍,而在LXR种群中显著下调0.42倍;CCEs基因犜狌犆犆犈35表达量在 WWR和TSR种群中显著上调,
分别为SS种群的2.82和3.09倍,而犜狌犆犆犈36基因在所有种群中的表达量均不显著。二斑叶螨不同种群中解毒
酶基因GSTs、P450s和CCEs的显著上调或下调可能与甲氰菊酯的抗性形成有关。
关键词:二斑叶螨;甲氰菊酯;解毒酶;表达水平;qRT-PCR  
犌犲狀犲犲狓狆狉犲狊狊犻狅狀狅犳犪犱犲狋狅狓犻犳犻犮犪狋犻狅狀犲狀狕狔犿犲犻狀犜犲狋狉犪狀狔犮犺狌狊狌狉狋犻犮犪犲狉犲狊犻狊狋犪狀狋狋狅
犳犲狀狆狉狅狆犪狋犺狉犻狀
YANGShunYi1,YUE XiuLi1,WANGJinJun2,LIU ChangZhong1,SHEN HuiMin1,SHEN
YiFan1,GUOJinMei1
1.犆狅犾犾犲犵犲狅犳犘狉犪狋犪犮狌犾狋狌狉犲,犌犪狀狊狌犃犵狉犻犮狌犾狋狌狉犪犾犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔,犓犲狔犔犪犫狅狉犪狋狅狉狔狅犳犌狉犪狊狊犾犪狀犱犈犮狅狊狔狊狋犲犿犈犱狌犮犪狋犻狅狀犕犻狀犻狊狋狉狔,犜犺犲犛犻
狀狅犝.犛.犆犲狀狋犲狉狊犳狅狉犌狉犪狕犻狀犵犾犪狀犱犈犮狅狊狔狊狋犲犿犛狌狊狋犪犻狀犪犫犻犾犻狋狔,犔犪狀狕犺狅狌730070,犆犺犻狀犪;2.犆狅犾犾犲犵犲狅犳犘犾犪狀狋犘狉狅狋犲犮狋犻狅狀,犛狅狌狋犺狑犲狊狋犝
狀犻狏犲狉狊犻狋狔,犆犺犻狀犪犓犲狔犔犪犫狅狉犪狋狅狉狔狅犳犈狀狋狅犿狅犾狅犵狔犪狀犱犘犲狊狋犆狅狀狋狉狅犾犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵,犆犺狅狀犵狇犻狀犵400716,犆犺犻狀犪
犃犫狊狋狉犪犮狋:ThevariationofmRNAgeneexpressionisanimportantpyrethroidinsecticideresistancemechanism
in犜犲狋狉犪狀狔犮犺狌狊狌狉狋犻犮犪犲.Toidentifythemolecularmechanismforproducingdetoxificationenzymesin犜.狌狉狋犻
犮犪犲犻狀responsetofenpropathrin,themRNAexpressionlevelsofglutathionestransferases(GSTs),cyto
chrome(P450s)andcarboxyl/cholinesterases(CCEs)genesinlaboratoryfenpropathrinsusceptible(SS),fen
propathrinresistant(SpR)andfieldstrains(LZR,GNR,WWR,TSRandLXR)of犜.狌狉狋犻犮犪犲were
measuredusingquantitativerealtimePCR(qRT-PCR).Theresultsshowedthatrelativeexpressionlevelsof
第24卷 第8期
Vol.24,No.8
草 业 学 报
ACTAPRATACULTURAESINICA
2015年8月
Aug,2015
收稿日期:20140721;改回日期:20150114
基金项目:公益性行业(农业)科研专项 (201103020)和国家自然科学基金项目(31260442)资助。
作者简介:杨顺义(1972),男,甘肃礼县人,副教授,硕士。Email:yangshy@gsau.edu.cn。岳秀利(1988),男,山东滕州人,硕士。Email:
yuexiuli.01@163.com.共同第一作者Theseauthorscontributedequalytothiswork.
通讯作者Correspondingauthor.Email:ndshm@gsau.edu.cn
differentdetoxificationenzymegenesvariedwithdifferentstrainsof犜.狌狉狋犻犮犪犲.ComparedwiththeSSstrain,
theexpressionlevelsof犜狌犌犛犜犱05intheWWRandTSRstrains,犜狌犌犛犜犱01and犜狌犌犛犜犱06intheLXR
strainweresignificantlyupregulated,1.42-2.34timesgreaterthantheSSstrain,while犜狌犌犛犜犱04inthe
GNRstrain,犜狌犌犛犜犱05and犜狌犌犛犜犱09intheLXRstrainweresignificantlydownregulated,0.41-0.70
thatoftheSSstrain.TheexpressionlevelsofP450sgenes犆犢犘406犃1and犆犢犘4犆犔1intheLZR,GNRand
WWRstrainsweresignificantlyupregulated,1.80-4.88timesthatoftheSSstrain.Theexpressionlevelof
P450sgenes犆犢犘387犃1intheLZRstrainwasalsosignificantlyhigher(2.19times)thantheSSstrainwhere
asthatintheLXRstrainwassignificantlylower(0.42times)thantheSSstrain.Similarly,theexpression
levelsofCCEsgene犜狌犆犆犈35intheWWRandTSRstrainswassignificantlyhigherthantheSSstrain.
However,thegeneexpressionlevelsof犜狌犆犆犈36didnotchangeinalstrains.Thesignificantupregulation
ordownregulationofdetoxificationenzymegenes(GSTs,p450sandCCEs)amongdifferentstrainsof犜.狌狉
狋犻犮犪犲maybeassociatedwiththeformationofresistancetofenpropathrin.
犓犲狔狑狅狉犱狊:犜犲狋狉犪狀狔犮犺狌狊狌狉狋犻犮犪犲;fenpropathrin;detoxificationenzymes;expressionlevel;qRT-PCR
二斑叶螨(犜犲狋狉犪狀狔犮犺狌狊狌狉狋犻犮犪犲)是一种重要的杂食性世界害螨,除危害粮食作物、果树、花卉、蔬菜等以外,
还可危害城市绿地植物及牧草等超过140科1100多种植物[13]。近年来,由于农药的大量且不合理使用,该物种
对有机磷类、氨基甲酸酯类、拟除虫菊酯类等多种杀虫、杀螨剂的抗性发展十分迅速,并且产生了严重的抗性和交
互抗性,被认为是节肢动物中最易产生抗性的害螨之一[4]。目前,二斑叶螨是甘肃省蔬菜和农作物上的第一大害
螨,严重影响着农业经济的发展。
二斑叶螨对外源化合物解毒能力的增强是其对农药产生抗药性的重要机制。参与代谢抗性的解毒酶系主要
包括谷胱甘肽转移酶(glutathionestransferase,GSTs),细胞色素P450单加氧酶(cytocheomeP450monooxy
genases,P450s)及羧酸酯酶(carboxylesterases,CCEs)等。VanLeeuwen等[56]研究表明酯酶(esterases,ES
Ts)和P450s解毒能力的增强介导着田间二斑叶螨抗联苯菊酯种群高水平的抗药性,也可能是二斑叶螨对阿维
菌素敏感性降低的重要抗性机理[7];VanPottelberge等[8]报道二斑叶螨抗螺螨酯种群中GSTs活性显著增加,
为敏感种群的2.5倍。在分子水平上,二斑叶螨对甲氰菊酯的靶标抗性研究也有所报道[910],而二斑叶螨基因组
的成功测序[1]更是促进了其抗性分子机制研究。Demaeght等[11]研究报道在二斑叶螨田间抗性种群中,ESTs基
因犜狌犆犆犈04以及 P450s基因 犆犢犘392犈7 和 犆犢犘392犈10 相对表达量均显著上调,并且螺螨酯能诱导
犆犢犘392犈10基因的高表达,而犆犢犘392犈10基因对螺螨酯也有代谢作用。本实验室高新菊和沈慧敏[12]以及段辛
乐等[13]从生理生化方面研究表明二斑叶螨对甲氰菊酯产生抗性可能与解毒酶活性的增强有关。因此,本实验在
对甘肃地区5个二斑叶螨不同田间种群解毒酶活性研究的基础上,根据已报道的与二斑叶螨或昆虫抗性相关的
关键解毒酶基因[11],选取了二斑叶螨GSTs、P450s以及CCEs中共14个基因,采用qRT-PCR的方法,从生理
生化和分子水平深入探讨了其mRNA水平相对表达量的变化,旨在揭示二斑叶螨对甲氰菊酯产生抗性过程中
主要解毒酶的分子机理,为二斑叶螨对拟除虫菊酯类农药的抗性治理提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 供试螨类
实验室种群:敏感种群(susceptiblestrain,SS),2007年6月采自甘肃省兰州市兴隆山国家级森林公园[12]。
田间种群:2012年8月采自甘肃省5个不同地区的二斑叶螨种群,分别为兰州种群(LZR)、甘南种群(GN
R)、武威种群(WWR)、天水种群(TSR)以及临夏种群(LXR)。
二斑叶螨SS、LZR、GNR、WWR、TSR、LXR种群饲养在养虫室盆栽的豇豆(犞犻犵狀犪狌狀犵狌犻犮狌犾犪狋犪)苗上。
控制条件:温度(26±1)℃,相对湿度(75±5)%,光照14h,黑暗10h。
1.2 主要的试剂
考马斯亮蓝G250(Fluka),牛血清蛋白(上海源聚生物科技有限公司),1氯2,4二硝基苯(上海生工生物科
151第8期 杨顺义 等:二斑叶螨抗甲氰菊酯种群解毒酶基因表达分析
技有限公司),还原性谷胱甘肽(上海生工生物科技有限公司),α萘酚(天津光复精细化工研究所),固蓝B盐(上
海源叶生物科技有限公司),RNA提取试剂盒RNeasy?PlusMicroKit(Qiagen公司),反转录试剂盒Primer
Script? RTReagentKitPerfectRealtime(Takara公司),荧光染料GoTaq?qPCRMasterMix(Promega公司)。
1.3 毒力测定方法
二斑叶螨不同种群对甲氰菊酯的毒力测定方法采用FAO[14]推荐的玻片浸渍法(slidedipmethod)并加以改
进。每个处理重复3次,分别计算出各种群致死中浓度(LC50),并以SS种群为对照,计算出LZR、GNR、WW
R、TSR和LXR种群的抗性倍数,抗性倍数=抗性种群LC50/敏感种群LC50。
1.4 解毒酶活性分析
二斑叶螨不同种群的酶源蛋白含量测定参照Bradford[15]的方法,GSTs活性测定参照Clark等[16]的方法,
P450s活性测定参照 Hansen和Hodgson[17]的方法,CCEs活性测定参照VanAsperen[18]的方法。每个处理设3
个重复和对照,采用酶标仪进行OD值的测定。
1.5 总RNA提取及第一链cDNA的合成
分别选取二斑叶螨SS、LZR、GNR、WWR、TSR和LXR共6个种群雌成螨约400头,按照RNeasy?Plus
MicroKit试剂盒说明书提取各种群总 RNA。对总 RNA 进行1%的琼脂糖电泳胶电泳检测完整性。选取
OD260/280在1.8~2.2之间的RNA反转录合成第一链cDNA,具体步骤参照PrimerScript? RTReagentKitPer
fectRealtime试剂盒说明书进行。
1.6 引物的设计
参照二斑叶螨在线基因组信息(http://bioinformatics.psb.ugent.be/orcae/overview/Tetur)设计用于
GSTs、P450s及CCEs相关解毒酶基因qRT-PCR研究的引物,引物序列见表1。
表1 本研究所用的狇犚犜-犘犆犚定量引物及相关信息
犜犪犫犾犲1 犘狉犻犿犲狉狊狌狊犲犱犳狅狉狇犚犜-犘犆犚犪狀犱狋犺犲犻狉狉犲犾犪狋犻狏犲犻狀犳狅狉犿犪狋犻狅狀犻狀狋犺犲犲狓狆犲狉犻犿犲狀狋
基因名称
Gene
name
基因ID
GeneIDnumber
引物序列
Primersequence
(5′3′)
扩增效率
Amplification
efficiency(%)
决定系数
Determination
coefficient(犚2)
犜狌犌犛犜犱01 tetur01g02230 F:GAAAGCTCGTGCAACTGTCG,R:ATCGGCCAAAGTAACGGTGT 95.22 0.974
犜狌犌犛犜犱04 tetur01g02500 F:TGGGAAAGTCGGGCAATCAT,R:AGCAGCGCTTATGCTACACA 101.40 0.947
犜狌犌犛犜犱05 tetur01g02510 F:CTGGATCTGATGCAAGGCGA,R:TCGGTCTACAGTTGCACGAG 96.09 0.998
犜狌犌犛犜犱06 tetur03g07920 F:CTGGGATGCAGGAACCTTGT,R:GGTCAACTCATCACCAGCGA 109.33 0.993
犜狌犌犛犜犱09 tetur26g02801 F:CCTCGCCATAAACCCATTCCA,R:CAGCGATTGATTGTTGCTCGT 100.75 0.994
犜狌犌犛犜犱16 tetur31g01390 F:AGTCCACCTTGTCGAACAGT,R:TCACCATCAACCAAAGTGGGA 103.20 0.991
犆犢犘406犃1 tetur01g04440 F:TGACGTTGCTCTTGAAATGC,R:TAGGCTTTTGGGTTGATGCT 94.84 0.833
犆犢犘4犆犔1 tetur01g00650 F:GCGTCTCCTGCTAGCTCATC,R:TCCCATCAATGGGTTAAACG 98.81 0.968
犆犢犘387犃1 tetur08g06170 F:ATCGCTGCTGGGATAAGATG,R:AGGGAATCGGTGGGTAAAGT 101.75 0.992
犆犢犘392犃6 tetur11g00530 F:CTTGGCGTGAACAGAGGAAT,R:CATCTTGTTGGGGTCCTTGT 87.14 0.998
犆犢犘392犇8 tetur03g05070 F:GGAAACAACAGCGACGAGTT,R:ATCGATGCCCAAACATAAGG 90.19 0.999
犆犢犘392犈10 tetur27g01030 F:GCAAAGATACTCGCCCAATC,R:TTCGGTGTTCATCAACCTCA 98.81 0.994
犜狌犆犆犈35 tetur12g04600 F:TTCGATGAAATTGGCTCTGA,R:GAGCTCCATTGGGTCTCTCA 107.18 0.985
犜狌犆犆犈36 tetur12g04610 F:CGAAGCTGATCGGGATAGAC,R:CCCAATCGATGGTTGAGATT 87.14 0.990
α狋狌犫狌犾犻狀 tetur03g00230 F:TACCGGCAATTATTCCATCC,R:TCCAGTTCCACCTCCAAAAC 109.08 0.969
 注:“F”表示正向序列,“R”表示反向序列。
 Note:“F”and“R”indicateforwardandreversesequence,respectively.
251 草 业 学 报 第24卷
1.7 qRT-PCR分析
qRT-PCR反应体系为:10μL荧光染料GoTaq?qPCRMasterMix,7μL双蒸水,上下游引物各1μL,cD
NA模版1μL。反应条件为:95℃预变性2min;然后95℃变性15s,60℃退火30s,72℃延伸15s共40个循环;
最后60℃到95℃为熔解曲线过程。然后将cDNA模板按1∶3梯度稀释成5个浓度梯度进行标准曲线分析,并
计算不同引物的扩增效率(表1)。对照用已经处理过的灭菌水代替cDNA模板当做空白对照,每个处理3次重
复。
1.8 数据统计与分析
采用DPS6.05软件对二斑叶螨LZR、GNR、WWR、TSR和LXR种群的酶活性进行单因素方差分析,并
用Duncan新复极差法(DMRT,犘<0.05)进行多重比较;采用比较Ct值的方法[19],以SS种群的相对表达量为
对照样品,分别计算其不同种群解毒酶基因相对表达量的差异,利用SPSS19.0软件对数据进行独立样本狋检验
(Independentsamples狋Test,犘<0.05)。
2 结果与分析
2.1 二斑叶螨不同种群抗性倍数测定
二斑叶螨不同地理种群的采集信息及生物测定结果如表2所示,相对于SS种群,在田间采集的5个种群中,
GNR的抗性倍数最大,达到60.53倍,而LZR,WWR,TSR和LXR种群的抗性倍数相对较低,为22.50~
27.38倍。
表2 二斑叶螨所有种群来源及抗性倍数
犜犪犫犾犲2 犜犺犲狅狉犻犵犻狀狅犳犪犾狊狋狉犪犻狀狊狅犳犜.狌狉狋犻犮犪犲犪狀犱狋犺犲犻狉狉犲狊犻狊狋犪狀犮犲狉犪狋犻狅
种群
Population
采集地点
Colectionsite
寄主植物
Hostplant
卡方值(χ2)
Chisquarevalue
LC50(95%置信区间
Confidenceinterval)(mg/L)
抗性倍数(RR)
Resistanceratio
SS 兰州Lanzhou 金花忍冬犔狅狀犻犮犲狉犪犮犺狉狔狊犪狀狋犺犪 2.08 74.79(4.05~162.23) -
LZR 兰州Lanzhou 茄子犛狅犾犪狀狌犿犿犲犾狅狀犵犲狀犪 3.08 1724.70(1368.58~2183.47) 23.06
GNR 甘南Gannan 铜钱草犎狔犱狉狅犮狅狋狔犾犲狏狌犾犵犪狉犻狊 2.62 4527.17(3069.34~9555.37) 60.53
WWR 武威 Wuwei 南瓜犆狌犮狌狉犫犻狋犪犿狅狊犮犺犪狋犪 1.39 2048.12(1330.76~7077.55) 27.38
TSR 天水Tianshui 野豇豆犞犻犵狀犪狏犲狓犻犾犾犪狋犪 1.92 1716.59(1385.56~2133.48) 22.95
LXR 临夏Linxia 榆树犝犾犿狌狊狆狌犿犻犾犪 0.60 1682.64(1354.29~2453.40) 22.50
2.2 二斑叶螨不同种群解毒酶活性的变化
2.2.1 不同种群GSTs活性测定结果  GSTs活性测定结果见表3。对田间采集的5个种群及室内SS种群
GSTs总活力进行比较,发现TSR种群GSTs总活力最高,为1.62μmol/min;GNR种群GSTs总活力最低,为
0.72μmol/min;与SS种群相比,LZR和GNR种群的总活力均低于SS种群;而其他种群GSTs总活力显著高
于SS种群(犘<0.05)。
TSR和LXR种群GSTs比活力分别为1331.69和1342.56μmol/(mg·min),彼此之间差异不显著,但显
著高于SS种群,为SS种群的1.34和1.35倍。同SS种群相比,LZR、GNR和 WWR种群的GSTs比活力没
有显著变化(犘>0.05)。
2.2.2 不同种群P450s活性测定结果  P450s活性测定结果见表4。TSR种群P450s总活力和比活力最
高,分别为0.0020nmol/min和0.0109nmol/(mg·min);LZR种群的总活力和比活力最低,分别为0.0013
nmol/min和0.0074nmol/(mg·min)。DMRT分析显示,TSR种群P450s比活力显著高于其他种群,其中与
SS种群的相对比值为1.47;而其他田间种群与SS种群相比差异不显著(犘>0.05)。
2.2.3 不同种群CCEs活性测定结果  CCEs活性测定结果见表5。与SS种群相比,5个田间种群的CCEs
总活力和比活力均有显著性升高,而田间5个种群之间的总活力和比活力差异不显著(犘>0.05)。CCEs总活力
351第8期 杨顺义 等:二斑叶螨抗甲氰菊酯种群解毒酶基因表达分析
从大到小依次为:LZR种群、LXR种群、WWR种群、TSR种群、GNR种群、SS种群,但TSR种群的CCEs
的比活力在5个田间种群中最低,为18.75nmol/(mg·min)。LZR种群、GNR种群、WWR种群、TSR种群
和LXR种群CCEs比活力同SS种群的相对比值分别为1.56,1.36,1.45,1.33和1.44。
表3 二斑叶螨不同地理种群犌犛犜狊活性测定
犜犪犫犾犲3 犇犲狋犲狉犿犻狀犪狋犻狅狀狅犳狋犺犲犪犮狋犻狏犻狋犻犲狊狅犳犌犛犜狊犳狉狅犿犱犻犳犳犲狉犲狀狋狆狅狆狌犾犪狋犻狅狀狊狅犳犜.狌狉狋犻犮犪犲
种群
Population
蛋白含量
Proteincontent(μg/mL)
总活力
Totalactivity(μmol/min)
比活力
Specificactivity(μmol/mg·min)
比活力变化倍数
Foldchangesofspecificactivity
SS 51.69±2.56bc 1.02±0.03c 992.72±65.51bc -
LZR 54.56±1.60abc 0.95±0.07c 872.87±73.00bc 0.88
GNR 50.10±1.53c 0.72±0.09d 716.93±65.34c 0.72
WWR 59.49±0.63ab 1.29±0.04b 1087.51±42.50ab 1.10
TSR 61.59±3.86a 1.62±0.06a 1331.69±119.76a 1.34
LXR 56.15±3.20abc 1.50±0.06a 1342.56±71.50a 1.35
 注:同列数据后标注不同小写字母代表存在显著性差异(Duncan新复极差法,犘<0.05)。下同。
 Note:Datafolowedbydifferentletterswithinthesamecolumnindicatesignificantlydifferentat0.05levelbyusingthemethodofDuncan’smulti
plerangetest.Thesamebelow.
表4 二斑叶螨不同地理种群犘450狊活性测定
犜犪犫犾犲4 犇犲狋犲狉犿犻狀犪狋犻狅狀狅犳狋犺犲犪犮狋犻狏犻狋犻犲狊狅犳犘450狊犳狉狅犿犱犻犳犳犲狉犲狀狋狆狅狆狌犾犪狋犻狅狀狊狅犳犜.狌狉狋犻犮犪犲
种群
Population
蛋白含量
Proteincontent(μg/mL)
总活力
Totalactivity(nmol/min)
比活力
Specificactivity(nmol/mg·min)
比活力变化倍数
Foldchangesofspecificactivity
SS 56.6154±0.9015b 0.0013±0.0002a 0.0074±0.0002b -
LZR 60.1538±3.5485ab 0.0013±0.0002a 0.0074±0.0013b 1.00
GNR 64.5128±1.4658ab 0.0015±0.0001a 0.0076±0.0003b 1.03
WWR 62.8718±2.4908ab 0.0014±0.0003a 0.0076±0.0013b 1.03
TSR 60.9231±3.1088ab 0.0020±0.0006a 0.0109±0.0006a 1.47
LXR 66.0513±1.7185a 0.0014±0.0002a 0.0068±0.0009b 0.92
表5 二斑叶螨不同地理种群犆犆犈狊活性测定
犜犪犫犾犲5 犇犲狋犲狉犿犻狀犪狋犻狅狀狅犳狋犺犲犪犮狋犻狏犻狋犻犲狊狅犳犆犆犈狊犳狉狅犿犱犻犳犳犲狉犲狀狋狆狅狆狌犾犪狋犻狅狀狊狅犳犜.狌狉狋犻犮犪犲
种群
Population
蛋白含量
Proteincontent(μg/mL)
总活力
Totalactivity(nmol/min)
比活力
Specificactivity(nmol/mg·min)
比活力变化倍数
Foldchangesofspecificactivity
SS 66.97±3.73a 1.88±0.19b 14.12±0.82b -
LZR 57.85±0.90b 2.87±0.10a 22.03±0.85a 1.56
GNR 59.33±2.97ab 2.58±0.27a 19.25±1.10a 1.36
WWR 58.41±1.78b 2.68±0.12a 20.49±1.55a 1.45
TSR 61.85±2.66ab 2.62±0.28a 18.75±1.21a 1.33
LXR 59.38±1.43ab 2.71±0.18a 20.29±1.11a 1.44
2.3 二斑叶螨不同种群解毒酶基因相对表达量的变化
2.3.1 不同种群GSTs基因相对表达量的测定  以α狋狌犫狌犾犻狀为内参基因[20],分析二斑叶螨不同种群Delta
家族GSTs基因犜狌犌犛犜犱01、犜狌犌犛犜犱04、犜狌犌犛犜犱05、犜狌犌犛犜犱06、犜狌犌犛犜犱09和犜狌犌犛犜犱16mRNA水平相对
451 草 业 学 报 第24卷
表达量,敏感种群的表达量默认为1,结果如图1所示。犜狌犌犛犜犱01表达量在LXR种群中显著升高,为SS种群
的1.63倍;犜狌犌犛犜犱05表达量在 WWR和TSR种群中显著升高1.42和1.49倍,而在LZR种群中却显著降
低;犜狌犌犛犜犱06表达量在LXR种群中显著升高2.34倍;犜狌犌犛犜犱04和犜狌犌犛犜犱09表达量分别在GNR种群和
LZR种群中显著降低,分别为SS的0.41和0.46倍;犜狌犌犛犜犱16的表达量在所有种群中没有显著变化。
图1 二斑叶螨不同种群犌犛犜狊基因相对表达量
犉犻犵.1 犜犺犲犌犛犜狊犵犲狀犲狉犲犾犪狋犻狏犲犲狓狆狉犲狊狊犻狅狀犾犲狏犲犾狊犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋狊狋狉犪犻狀狊狅犳犜.狌狉狋犻犮犪犲
 “”表示显著水平(犘<0.05);“”表示极显著水平(犘<0.01)。“”and“”indicatesignificantlycorrelationatthelevelof0.05and0.01
respectively.下同。Thesamebelow.
图2 二斑叶螨不同种群犘450狊基因相对表达量
犉犻犵.2 犜犺犲犘450狊犵犲狀犲狉犲犾犪狋犻狏犲犲狓狆狉犲狊狊犻狅狀犾犲狏犲犾狊犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋狊狋狉犪犻狀狊狅犳犜.狌狉狋犻犮犪犲
 
2.3.2 不同种群P450s基因相对表达量的测定  
图3 二斑叶螨不同种群犆犆犈狊基因相对表达量
犉犻犵.3 犜犺犲犆犆犈狊犵犲狀犲狉犲犾犪狋犻狏犲犲狓狆狉犲狊狊犻狅狀犾犲狏犲犾狊犻狀
犱犻犳犳犲狉犲狀狋狊狋狉犪犻狀狊狅犳犜.狌狉狋犻犮犪犲
二斑叶螨不同种群P450s基因相对表达量的结果如图
2所示,犆犢犘406犃1、犆犢犘4犆犔1和犆犢犘387犃1基因属
于CYP4家族,犆犢犘392犃6、犆犢犘392犇8和犆犢犘392犈
10基因属于 CYP2家族。犆犢犘406犃1 和犆犢犘4犆犔1
表达量在LZR、GNR以及 WWR种群中均显著升
高,分别为SS种群的2.82,1.85,3.37和4.88,1.80,
3.88倍,犆犢犘387犃1表达量在LZR种群中显著升高
2.19倍,但在LXR种群中却显著下调0.42倍;然而,
CYP2家族的3个基因在所有的种群中均没有显著的
变化。
2.3.3 不同种群CCEs基因相对表达量的测定  二斑叶螨不同种群CCEs基因相对表达量的结果如图3所
示,犜狌犆犆犈35和犜狌犆犆犈36基因均属于羟基胆碱酯酶。在所有种群中,只有 WWR和TSR种群的犜狌犆犆犈35
551第8期 杨顺义 等:二斑叶螨抗甲氰菊酯种群解毒酶基因表达分析
基因表达量显著升高,为SS种群的2.82和3.09倍,在 LXR种群中更是达到了5.05倍,但差异不显著;
犜狌犆犆犈36基因在所有种群中的表达量均不显著。
3 讨论
代谢抗性是害螨(昆虫)对杀螨(虫)剂敏感性降低的重要抗性机制,而涉及与代谢抗性相关的主要解毒酶类
包括GSTs、P450s和CCEs等。本研究通过对田间5个不同种群主要解毒酶活性的分析,发现解毒酶活性的高
低与各地理种群的抗性水平之间没有明显的相关性,但与室内SS种群相比,TSR和LXR种群GSTs比活力、
TSR种群P450s比活力以及所有田间种群CCEs的比活力均显著升高(犘<0.05),这与本实验室前期研究发现
二斑叶螨对甲氰菊酯抗性的产生与相应的解毒酶活力增强有关结果一致[12]。VanPottelberge等[8]通过酶活测
定发现酯酶、GSTs和P450s参与了对螺螨酯的解毒代谢。同样,解毒酶活性的增强在Tirelo等[21]研究二斑叶
螨抗吡螨胺、阿维菌素等种群中也有相关报道。Niu等[22]在研究柑橘全爪螨(犘犪狀狅狀狔犮犺狌狊犮犻狋狉犻)9个不同地理种
群与哒螨灵敏感性中发现,GSTs参与了其对哒螨灵的田间抗性。He等[23]在研究朱砂叶螨(犜犲狋狉犪狀狔犮犺狌狊犮犻狀狀犪
犫犪狉犻狀狌狊)对阿维菌素的抗性机制中也发现3种解毒酶解毒活力的增强在其抗性发展过程中起着重要作用。
Zhong等[24]指出中华按蚊(犃狀狅狆犺犲犾犲狊狊犻狀犲狀狊犻狊)对溴氰菊酯的抗性产生与靶标击倒抗性和P450s的活性有关,并
且P450s的作用尤为明显。随着现代分子生物学的快速发展,对害螨及昆虫抗药性相关的GSTs、P450s和CCEs
的研究已逐步深入到基因表达及功能上。本研究qRT-PCR结果也表明不同田间种群GSTs、P450s和CCEs
各家族部分基因的表达量有所升高,与生理生化水平上对解毒酶的活性变化研究结果基本一致。Demaeght
等[11]采用基因芯片技术比较了二斑叶螨敏感和抗螺螨酯种群,发现CCEs、P450s以及脂笼蛋白基因表达量均显
著的上调,其中犆犢犘392犈10在催化代谢螺螨酯的过程中起着关键作用。Riveron等[25]研究不吉库蚊(犃狀狅狆犺犲犾犲狊
犳狌狀犲狊狋狌狊)对氯菊酯抗性的产生主要是由于犆犢犘6犘9犪和犆犢犘6犘9犫基因的过量表达引起的,功能分析表明重组的
CYP6P9b蛋白对I型和II型的拟除虫菊酯类农药均有代谢作用。
目前,随着二斑叶螨基因组的成功测序[1],其靶标抗性[26]和代谢抗性的研究逐渐上升到分子水平研究领域,
极大地促进了害螨的防治及抗性治理[27],并且基于高通量测序的转录组分析[28]和全基因组[29]分析在其他物种
作用机制的研究中也逐渐得到大量应用。然而,二斑叶螨基因组中有32个GSTs,86个P450s及71个CCEs基
因[1],本试验只是研究了其中的14个解毒基因,虽然结果不能反应全部解毒酶家族 mRNA表达水平的变化,但
是为进一步研究二斑叶螨抗甲氰菊酯解毒酶的分子机理提供了依据。
本研究分别从生理生化水平和分子水平分析二斑叶螨不同地理种群GSTs、P450s和CCEs超家族酶的活性
变化及基因的表达差异,发现抗性种群 GSTs、P450s和CCEs的活性和基因表达量均发生不同程度的变化。
GSTs基因犜狌犌犛犜犱01、犜狌犌犛犜犱04、犜狌犌犛犜犱05、犜狌犌犛犜犱06和犜狌犌犛犜犱09,P450s基因犆犢犘406犃1、犆犢犘4犆犔1
和犆犢犘387犃1以及CCEs基因犜狌犆犆犈35基因表达的显著上调或下调可能参与了抗性的分子解毒作用,与二斑
叶螨对甲氰菊酯的抗性形成有关。
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851 草 业 学 报 第24卷