棉蚜对氟啶虫胺腈抗性相关P450基因的鉴定及其表达调控机制

Sulfoxaflor is the first commercially available sulfoximine insecticide that exhibits highly efficacy against many sap-feeding insect pests and has become an important insecticide against cotton aphids in China. Our monitoring results of insecticide resistance of Aphis gossypii from 2015 to 2017 indicated that the field populations collected from different regions of China had evolved low to moderate levels of resistance to sulfoxaflor. Previous studies demonstrated that cytochrome P450 mediated the metabolic resistance of A. gossypii to the sulfoxaflor. In the present study, a sulfoxaflor-resistant strain of A. gossypii established in the laboratory via continuous selection with sulfoxaflor was used to evaluate the role of cytochrome P450s in sulfoxaflor resistance in A. gossypii. 1) Identification of differentially expressed P450 genes through transcriptome and the 3rd generation sequencing; 2) Evaluation the roles of the differentially expressed P450 genes in sulfoxaflor resistance in A. gossypii by RNAi and bioassay with transgenic fruit fly overexpressed P450 genes of A. gossypii; 3) Investigate the mechanisms of expression regulation of sulfoxaflor resistance related P450 genes at transcriptional and post-transcriptional levels. The expected results will be useful to clarify the sulfoxaflor resistance mechanisms in A. gossypii and provide valuable information for management of sulfoxaflor resistant A. gossypii.

氟啶虫胺腈属砜亚胺类杀虫剂，对刺吸式口器害虫高效，广泛应用于我国棉蚜的防治。2015-2017年田间抗药性监测结果显示，我国棉蚜田间种群已经对氟啶虫胺腈产生了低等到中等水平的抗性。前期研究证明细胞色素P450介导了棉蚜对该药剂的代谢抗性。为明确P450在棉蚜对氟啶虫胺腈抗性中的作用及其调控机制，利用室内克隆的棉蚜敏感品系和氟啶虫胺腈抗性品系：1）通过比较转录组测序结合三代测序，鉴定抗性和敏感棉蚜中差异表达的P450基因，2）应用RNAi及转基因果蝇技术研究差异表达的P450基因在棉蚜对氟啶虫胺腈抗性中的作用，3）从表观遗传学（主要是miRNA）和转录因子调控角度研究抗性相关P450基因的表达调控机制。研究结果对于揭示棉蚜对氟啶虫胺腈抗性的分子机制，有效治理棉蚜的抗性具有重要的理论和实践意义。

氟啶虫胺腈是一种新型砜亚胺类杀虫剂，对刺吸式口器害虫高效，广泛应用于我国棉蚜的田间防治。通过连续27代室内筛选获得了抗性倍数高达366.4倍的氟啶虫胺腈抗性品系（SulR）。交互抗性测定结果表明，SulR品系对吡虫啉、啶虫脒、噻虫嗪和氟吡呋喃酮分别产生了80.8、19.3、10.0和107.5倍的交互抗性，而对马拉硫磷、氧化乐果、毒死蜱、联苯菊酯、高效氯氰菊酯、灭多威、丁硫克百威没有产生交互抗性。适合度分析结果表明，与敏感品系相比，SulR品系存在明显的适合度代价（总适合度代价为0.917）。抗性品系棉蚜的平均寿命、繁殖率、净生殖率（R0）、平均世代时间（T）和总繁殖率（GRR）都显著低于敏感品系。此外，抗性品系棉蚜的成虫产蚜前期（APOP）和总产蚜前期（TPOP）也显著短于敏感品系。进一步，对6个棉蚜生长发育与繁殖相关基因表达量的检测结果表明，EcR、USP和JHBP三个基因在抗性品系中显著上调表达，而Vg基因在抗性品中显著下调表达，说明EcR、USP、JHBP和Vg的差异表达可能在抗性适合度代价中起重要作用。增效剂实验表明PBO和DEF能够显著提高棉蚜对氟啶虫胺腈的敏感性，增效比分别为5.99倍和4.18倍。酶活性测定结果表明，棉蚜对氟啶虫胺腈抗性品系的P450酶活性显著高于敏感品系，说明棉蚜对氟啶虫胺腈的抗性可能与P450酶活性的增强有关。进一步，P450基因差异表达分析和RNAi功能研究结果表明，CYP6CY13、CYP6CY19等P450基因的过量表达是棉蚜对氟啶虫胺腈产生抗性的重要机制。转录调控机制研究表明，CYP6CY13基因pBE3（-445/+335）和pBE4（-954/+335）片段的启动子活性能够被氟啶虫胺腈显著诱导升高，其启动子区-146 bp到-954 bp的区域内存在氟啶虫胺腈的响应元件。同样，CYP6CY19基因的-157 bp到-428 bp的启动子区存在氟啶虫胺腈的响应元件。转录后调控机制研究表明，novel-10a和miR-4467a分别对CYP6CY13和CYP6CY19起转录后调控作用。.总之，通过本研究可以明确P450介导的解毒代谢能力的增强是棉蚜对氟啶虫胺腈产生抗性的重要原因。研究结果对于揭示棉蚜对氟啶虫胺腈抗性的分子机制，延缓氟啶虫胺腈抗性发展具有重要的理论意义。