近日，我院梁沛教授团队在昆虫学TOP期刊Journal of Pest Science（IF_{5 Year}=5.563/Q1）上在线发表了题为“Expression and functional analysis of ace1and ace2reveal their differential roles in larval growth and insecticide sensitivity in Spodoptera frugiperda(J. E. Smith, 1797)”的研究论文。该研究系统揭示了乙酰胆碱酯酶ace1和ace2在草地贪夜蛾幼虫生长发育、对有机磷杀虫剂敏感性和幼虫运动能力等方面均行使重要功能。

昆虫乙酰胆碱酯酶(Acetylcholinesterase, AChE)主要存在于胆碱能神经突触后膜上，在神经传导过程中发挥重要功能。大部分昆虫体内存在两种ace基因（ace1和ace2），多数昆虫以AChE1作为行使神经功能的主要催化酶，此外ace1还是有机磷杀虫剂的靶基因，我们前期的抗性监测结果表明草地贪夜蛾在2019年入侵我国时就已经携带有机磷抗性基因(Wang et al., 2023. Journal of Pest Science, in press. https://doi.org/10.1007/s10340-022-01569-2)。然而在草地贪夜蛾中ace基因的数量和表达模式，以及其对幼虫生长发育、有机磷杀虫剂敏感性和运动能力等方面的影响还未可知。

图1  草地贪夜蛾ace1/2在幼虫不同组织(a)和不同发育阶段(b)的表达量

研究首先从草地贪夜蛾3龄幼虫转录组中鉴定到两个乙酰胆碱酯酶基因ace1和ace2, 不同组织表达谱表明ace1和ace2在幼虫的头部表达量最高（图1a），不同发育阶段表达谱表明ace1和ace2在3龄幼虫中表达量最高（图1b）。不同组织和不同发育阶段中，ace1的表达量均显著高于ace2, 表明在草地贪夜蛾中ace1的表达占主导。

图2  siRNA处理后幼虫AChE活性

幼虫注射siRNA（70 ng /头）抑制ace1和ace2的表达，24小时后AChE酶活力分别下降为对照组的32.81%和65.77%（图2）。

图3  siRNA抑制ace1/2表达对草地贪夜蛾幼虫体重和体长的影响

图4  siRNA抑制ace1/2表达对草地贪夜蛾蛹重和蛹长的影响

ace1和ace2表达受到抑制后当代幼虫平均体长和体重均被显著抑制（图3），当代蛹、下一代幼虫和蛹未受到显著抑制（图4），同时对当代和下一代成虫的羽化率和繁殖力也无显著影响。

图5  siRNA抑制ace1/2表达后草地贪夜蛾幼虫对乙酰甲胺磷敏感性的变化

注射siRNA（70 ng /头）24小时后，幼虫死亡率分别为37.60%和17.06%，显著高于空白对照组和siGFP处理组（图5a）。生物测定结果显示，ace1和ace2表达被抑制后幼虫对乙酰甲胺磷的敏感性显著提高，LD₅₀分别为10.45和13.65 μg/g（空白对照组，LD₅₀=19.51 μg/g）；用亚致死剂量的乙酰甲胺磷（LD₁₀）处理注射siRNA后存活的幼虫，幼虫的平均死亡率分别上升至31.42%和18.39%（图5b）。

图6  siRNA抑制ace1/2表达后草地贪夜蛾幼虫运动能力的变化

运动能力方面，ace1和ace2表达被抑制后，能够成功到达食物源的草地贪夜蛾幼虫数量显著减少，同时成功到达食物花费的时间显著延长（图6）。

上述研究结果表明，草地贪夜蛾中ace1为主导的ace基因，并且ace1在幼虫生存和对乙酰甲胺磷的敏感性方面比ace2发挥更重要的作用。另外这两个ace基因在幼虫生长发育和运动能力等非神经功能方面都具有重要作用。在草地贪夜蛾中干扰ace基因的表达，可作为防治这一重要害虫的有效策略之一。

中国农业大学为论文第一完成单位，谷少华副教授为本论文的通讯作者，2021级硕士研究生高洁为本论文的第一作者。全国农业技术推广服务中心药械处张帅副处长也参与了本文的研究。教授和梁沛教授全程指导了本研究。该研究得到了国家重点研发计划草地贪夜蛾灾变机制与可持续防控技术研究（2021YFD1400700）的资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1007/s10340-023-01625-5