四川地区白背飞虱抗药性监测及氟啶虫胺腈诱导效应的转录组分析

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白背飞虱[Sogatella furcifera(Horváth)(Hemiptera,Delphacidae)]是一种世界范围内广泛分布的害虫,其主要危害水稻,其次为普通野生稻和稗草等。由于杀虫剂的大量使用,白背飞虱已对多种杀虫剂产生了抗药性。本文通过对四川稻区川南和川东的8个地区进行抗药性监测(毒死蜱、吡虫啉、噻虫嗪、噻嗪酮、吡蚜酮),掌握四川地区白背飞虱抗药性情况。氟啶虫胺腈是美国陶氏益农公司研发的新一代磺酰亚胺类高效杀虫剂,通过作用于乙酰胆碱受体内独特的结合位点而发挥杀虫功能?本文研究了氟啶虫胺腈亚致死剂量LC10、LC25对白背飞虱种群生长繁殖的影响;利用转录组测序分析了氟啶虫胺腈诱导对白背飞虱体内解毒代谢酶相关的差异表达基因的影响,筛选出经氟啶虫胺腈诱导显著上调表达的差异细胞色素P450基因,为进一步揭示白背飞虱对氟啶虫胺腈解毒代谢的分子机制奠定了基础。现将全文总结如下:采用稻苗浸渍法,于2017-2018年,监测了四川地区8个地方白背飞虱种群对常用杀虫剂毒死蜱、吡虫啉、噻虫嗪、噻嗪酮以及吡蚜酮的抗药性水平。结果表明,不同地理种群间对这5种杀虫剂的敏感性都存在一定差异,且抗性问题较突出。其中,对毒死蜱而言,有43.8%的种群达到高水平抗性,以叙永种群(2017年)最高(611.6倍),其余56.2%的种群均为中等水平抗性;对吡虫啉而言,62.5%的种群达到高水平抗性,37.5%的种群达到中等水平抗性;对噻虫嗪仅有3个种群达到高水平抗性,其余81.2%的种群表现为中等水平抗性;对吡蚜酮而言,仅有25%的种群处于中等水平抗性,其余75%的种群均达到高水平抗性;此外,对噻嗪酮的抗性最突出,所有种群均达到高水平抗性。通过增效剂实验和解毒代谢酶活实验,研究了白背飞虱对毒死蜱的抗性机理。结果表明,在白背飞虱室内敏感品系中,DEM和PBO对毒死蜱的增效比分别为1.499和4.255倍,在田间高抗种群(叙永种群)中,其增效比则分别为1.42和2.58倍;此外,白背飞虱田间高抗种群的多功能氧化酶(MFO)和谷胱甘肽S-转移酶(GST)活力分别是室内敏感品系的2.29和1.48倍,而羧酸酯酶(CarE)活力没有显著差异。因此,多功能氧化酶(MFO)和谷胱甘肽S-转移酶(GST)可能介导了白背飞虱对毒死蜱的抗性。根据两性生命表理论,记录试虫各年龄阶段的生命史数据,比较分析了氟啶虫胺腈LC10处理、LC25处理和空白处理的F0代和F1代的两性生命表参数差异。结果表明,经亚致死剂量LC10处理的白背飞虱成虫前期、成虫期、雌成虫寿命和总产卵前期(total preoviposition period,TPOP)均较空白处理和LC25处理显著性延长;LC10处理的平均产卵量(233.0个/雌)显著高于空白对照处理(168.1个/雌)和LC25处理(140.8个/雌);3个处理间的内禀增长率(r)、周限增长率(λ)差异不显著,而LC10处理的净增殖率(R0)显著高于LC25处理和空白处理。此外,平均世代周期(T)从大到小依次为LC10处理(29.25 d)、LC25处理(27.29 d)、空白对照处理(26.16 d),且处理间差异显著(P<0.05)。因此,在氟啶虫胺腈亚致死浓度为LC10选择压力下,白背飞虱表现出更强的增殖能力。增效剂实验和三种解毒代谢酶活性测定结果表明,白背飞虱在氟啶虫胺腈亚致死剂量诱导处理下,MFO的酶活性显著增强。转录组测序分析了敏感品系(HN-Lab)和氟啶虫胺腈筛选品系(HN-Sel)的差异表达基因,每个处理设置3个生物学重复。通过基因筛选,发现786个差异显著的基因,其中557个基因显著上调,229个基因显著下调。上调和下调的差异表达基因都在Biological process、Cellular component、Molecular function等三种Ontology中均有富集,同时,5个解毒代谢相关的细胞色素P450基因,包括CYP6FD1、CYP4FD1、CYP6FD3、CYP6FD2和CYP4FD2均显著上调,其在白背飞虱适应氟啶虫胺腈过程中的解毒代谢功能有待进一步研究。综上所述,四川地区田间防治白背飞虱应尽量避免或谨慎使用毒死蜱,轮换使用吡虫啉、噻虫嗪、噻嗪酮和吡蚜酮。氟啶虫胺腈低亚致死剂量可能促进白背飞虱的生长发育,且长期持续的使用可能引发抗性风险。此外,P450基因CYP6FD1、CYP4FD1、CYP6FD3、CYP6FD2和CYP4FD2可能参与白背飞虱对氟啶虫胺腈解毒代谢过程,这些结果可为制定综合防控白背飞虱提供理论帮助。
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