桃蚜P450基因CYP6CY3与CYP6CY4介导氟吡呋酮抗性的机制解析

《Insect Biochemistry and Molecular Biology》：The cytochrome P450s CYP6CY3 and CYP6CY4 confer resistance to flupyradifurone in the green peach aphid Myzus persicae

本研究针对桃蚜(Myzus persicae)对新型丁烯酸内酯类杀虫剂氟吡呋酮产生抗性的问题，通过转录组分析与体内外功能验证，首次揭示CYP6CY3和CYP6CY4基因过表达是介导抗性的关键代谢机制，并发现与nAChR β1亚基R81T突变存在协同增效效应，为害虫抗性治理策略制定提供了重要理论依据。

　　

在农业生产中，桃蚜(Myzus persicae)作为世界性的重要害虫，不仅通过直接取食危害作物，更是多种植物病毒的主要传播媒介。长期以来，化学防治是控制桃蚜危害的主要手段，然而过度依赖杀虫剂导致桃蚜对全球超过80种活性成分产生了抗药性，使其成为昆虫抗药性进化研究的模式物种。近年来，氟吡呋酮(flupyradifurone)作为一种新型丁烯酸内酯类杀虫剂，因其对烟碱型乙酰胆碱受体(nAChR)的可逆激动作用和对某些新烟碱类杀虫剂抗性种群仍保持较好防效而备受关注。但令人担忧的是，在氟吡呋酮商业化应用后不久，希腊等地的桃蚜种群就出现了中等到高水平的抗性，严重威胁该药剂的可持续使用。

为揭示桃蚜对氟吡呋酮抗性的分子机制，研究人员在《Insect Biochemistry and Molecular Biology》上发表了最新研究成果。该研究综合运用转录组学分析、转基因果蝇模型、体外代谢实验等多种技术手段，系统阐明了细胞色素P450基因CYP6CY3和CYP6CY4在介导氟吡呋酮抗性中的关键作用。

研究团队首先通过生物测定评估了多个桃蚜克隆对氟吡呋酮的敏感性，发现抗性克隆的LC₅₀值从10.6倍到超过17,483倍不等，表现出极高的抗性水平。利用P450抑制剂胡椒基丁醚(PBO)的增效实验表明，细胞色素P450在抗性形成中扮演重要角色。

在方法学上，研究采用了来自希腊、法国等地的田间抗性桃蚜克隆与敏感克隆进行对比分析；通过RNA-seq转录组测序技术筛选差异表达基因；利用转基因果蝇模型进行体内功能验证；采用杆状病毒表达系统获得重组P450蛋白进行体外代谢研究；运用UPLC-MS/MS技术分析代谢产物。

生物测定

对9个桃蚜克隆的毒力测定显示，敏感克隆4106A和37的LC₅₀值分别为0.286和0.382 mg/L，而抗性克隆的抵抗比在10.7至>17,483之间。PBO增效实验使所有抗性克隆的LC₅₀值显著降低，增效比在11-85之间，证实P450介导的代谢解毒是重要抗性机制。

转录组分析

RNA-seq数据分析发现，抗性克隆中383个基因差异表达，其中251个上调。重点关注了多个P450基因，发现CYP6CY3和CYP6CY4在抗性克隆中表达量显著上调9-17倍。靶位点机制分析显示，克隆5和67中存在nAChR β1亚基R81T突变，而其他抗性克隆未发现靶位点突变。

转基因果蝇功能验证

构建表达六个候选P450基因的转基因果蝇系，只有表达CYP6CY3和CYP6CY4的品系对氟吡呋酮表现出显著抗性，而表达其他P450基因的品系与对照无显著差异。Kaplan-Meier生存分析进一步证实了这一结果。

体外代谢研究

重组表达的CYP6CY3和CYP6CY4能有效代谢氟吡radifurone，主要产生5'-羟基氟吡呋酮(FPF-OH)代谢产物。竞争性抑制实验显示，氟吡呋酮能浓度依赖性地抑制这两种P450对模型底物的活性，IC₅₀值分别为458.75±1.10和313.06±1.07 μM。

研究结论与讨论部分指出，该研究首次明确证实CYP6CY3和CYP6CY4是桃蚜对氟吡呋酮产生抗性的关键代谢酶。值得注意的是，这种抗性机制并非氟吡呋酮使用后新产生的，而是在该药剂注册使用前就已存在于田间种群中，如2007年采集的克隆5191A就已具备高水平的P450表达和氟吡呋酮抗性。这种现象被称为"预适应抗性"，说明桃蚜通过基因扩增等机制获得的P450过表达能力，使其能够快速应对新的杀虫剂选择压力。

特别值得关注的是，当P450过表达与nAChR R81T突变同时存在时，会产生强烈的协同增效作用，导致桃蚜对氟吡呋酮几乎完全免疫。这种多机制协同抗性的发现，对害虫抗性治理策略制定具有重要启示意义。

该研究的创新性在于系统阐明了桃蚜对新型杀虫剂氟吡呋酮的抗性机制，揭示了P450介导的代谢抗性与靶位点突变的协同作用模式，为理解昆虫交叉抗性进化提供了新视角。研究成果对制定桃蚜抗性治理策略、延长氟吡呋酮使用寿命具有重要指导价值，同时也为其他害虫的抗性机制研究提供了方法学参考。未来需要加强对田间种群抗性基因频率的监测，并开发快速分子检测技术，为科学用药和抗性治理提供技术支持。