2023年1月24日，我院梁沛教授团队在国际学术期刊International Journal of Biological Macromolecules（Q1，IF=8.025）上在线发表了题为“A novel V263I mutation in the glutamate-gated chloride channel of Plutella xylostella (L.) confers a high level of resistance to abamectin”的最新研究成果。

阿维菌素（Abamectin）属于十六元大环内酯类化合物，在鳞翅目害虫防治中具有广泛应用。小菜蛾（Plutella xylostella）是危害十字花科作物的世界性害虫，近年来的抗性监测显示，小菜蛾对阿维菌素的抗性发展迅速，部分地区对阿维菌素产生了高水平抗性。因此，了解小菜蛾阿维菌素抗性的分子机制，对田间演变的阿维菌素抗性的有效管理，及延长阿维菌素的使用寿命具有积极意义。谷氨酸门控氯离子通道（glutamate-gated chloride channel, GluCl）是阿维菌素的主要作用靶标，该研究在对田间小菜蛾种群进行阿维菌素抗性监测中发现，PxGluCl上出现一个新的点突变V263I，即263位点由缬氨酸（Valine）突变为异亮氨酸（Isolueucine）, 推测该突变可能参与了小菜蛾对阿维菌素的抗性。通过连续两年的田间监测，确定V263I突变与阿维菌素抗性之间存在显著的正相关性（图1）。

图1 V263I突变在PxGluCl亚基的位置及田间种群V263I的突变频率

为验证PxGluCl的V263I突变的功能，该研究首先利用爪蟾卵母细胞表达系统，通过双电极电压钳技术将V263I突变引入PxGluCl，测定突变通道的敏感性，发现263I通道对阿维菌素的敏感性下降了6.9倍，但对L-谷氨酸（L-Glutamic acid）和氟虫腈（Fipronil）的敏感性没有显著影响。

由于263位置高度保守，因此利用CRISPR/Cas9系统将V263I突变引入模式昆虫黑腹果蝇发现，纯合突变品系KI对阿维菌素的抗性是野生型的27.1倍，且会降低对其他杀虫剂如硫丹（Endosulfan）、氟虫腈和新型杀虫剂溴虫氟苯双酰胺（Broflanilide）以及异噁唑虫酰胺（Isocycloseram）的敏感性，推测V263I突变可能在大多数节肢动物的阿维菌素抗性中发挥重要作用。随后，同样利用CRISPR/Cas9系统将V263I突变引入小菜蛾发现（图2），纯合突变品系V263I-KI对阿维菌素的抗性是敏感品系的106.3倍，且对硫丹的敏感性降低（1.9倍），但对氟虫腈、溴虫氟苯双酰胺和异噁唑虫酰胺的敏感性没有显著影响。同时，通过对V263I-KI品系小菜蛾的繁殖力统计发现，与敏感品系相比，V263I突变会显著降低雌虫的日产卵量，总产卵量也显著下降31.7%。上述研究表明，V263I突变会引起小菜蛾对阿维菌素的高水平抗性，并降低雌虫繁殖力。该研究为开发基于靶点突变的抗性监测技术和新药物分子靶点设计提供了理论基础。

图2利用CRISPR/Cas9系统构建小菜蛾V263I-KI纯合突变品系

我院博士研究生孙僖为论文的第一作者，青年教师朱斌和梁沛教授为通讯作者。博士研究生花文涓、王坤坤，硕士研究生宋佳佳参与了部分工作。该研究得到国家重点研发计划项目（2022YFD1700203）、国家自然科学基金项目（32172440）等的资助。