南農大吳益東教授團隊破譯甜菜夜蛾P450介導阿維菌素抗性新機制

甜菜夜蛾是一種間歇性暴發成灾的全球性害蟲,由於長期依靠噴灑殺蟲劑進行防治,該害蟲已對包括阿維菌素在內的多種殺蟲劑產生了高水准抗藥性。

近日,南京農業大學吳益東教授團隊在重要國際學術期刊PLoS Genetics上發表題為“Genome mapping coupled with CRISPR gene editing reveals a P450 gene confersavermectin resistance in the beet armyworm”的最新研究成果。該研究構建了首個高品質染色體水准的甜菜夜蛾參攷基因組,通過基因圖比特尅隆、基因編輯和體外功能表達等多種手段揭示了甜菜夜蛾細胞色素P450氧化酶通過單個胺基酸突變對阿維菌素類殺蟲劑產生抗性的新機制。

害蟲抗藥性是農業生產的全球性制約因素之一,快速鑒定抗藥性基因對於抗性害蟲種群的監測和治理至關重要。細胞色素P450是昆蟲體內一類重要解毒代謝酶,昆蟲能够過量表達一個或多個P450解毒酶對殺蟲劑產生抗性。每種昆蟲具有100個左右的P450基因,囙此P450抗性基因的鑒定和抗藥性機制解析極具挑戰性。

甜菜夜蛾是一種間歇性暴發成灾的全球性害蟲,由於長期依靠噴灑殺蟲劑進行防治,該害蟲已對包括阿維菌素在內的多種殺蟲劑產生了高水准抗藥性。為了破譯甜菜夜蛾對阿維菌素產生抗性的分子機制,本研究首先利用Illumina和PacBio測序科技獲得了甜菜夜蛾染色體水准基因組,並構建遺傳作圖群體將抗性基因定位於在17號染色體15-16 Mbp區間、由9個CYP9A亞家族P450基因首尾相連組成的基因簇(圖1)。

為了確定抗性基因,採用CRISPR/Cas9基因編輯科技對甜菜夜蛾抗性品系體內長達130 kb的CYP9A基因簇進行整體敲除和分段敲除,通過反向遺傳證據鎖定了該基因簇中CYP9A186基因與甜菜夜蛾對阿維菌素的高水准抗性具有因果關係(圖2)。

進一步分析發現,甜菜夜蛾抗性品系CYP9A186在底物識別區域SRS1中攜帶F116V突變。通過離體功能表達研究證實,CYP9A186野生型不能代謝阿維菌素,而CYP9A186突變型(F116V)獲得了對阿維菌素的解毒代謝能力,從而使甜菜夜蛾抗性品系對阿維菌素產生高水准抗性(圖3)。

本研究運用基因編輯與遺傳定位相結合的新策略,快速鑒定了介導殺蟲劑抗性的P450基因,明確P450基因通過功能獲得性突變(gain of function mutation)導致害蟲抗藥性發生的分子機制。該研究成果不僅為甜菜夜蛾代謝抗性基因監測預警、抗性治理策略製定以及新型殺蟲劑研發提供重要依據,同時為昆蟲抗藥性新基因的快速鑒定提供了一套可複製的解決方案。

南京農業大學植物保護學院吳益東教授、楊亦樺教授為論文共同通訊作者,左亞運博士為第一作者,張峰教授、施雨博士、管放博士、張建鵬博士生以及丹麥哥本哈根大學RenéFeyereisen教授和美國乾旱地區農業研究中心Jeffrey A. Fabrick研究員參與了此項研究。該研究得到了國家自然基金項目(31572030)和國家科技基礎資源調查計畫項目(2018FY101103)的資助。

論文連結:https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1009680

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本文標題: 南農大吳益東教授團隊破譯甜菜夜蛾P450介導阿維菌素抗性新機制
永久網址: https://www.laoziliao.net/doc/1656057216718785
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