非特異性羧酸酯酶在昆蟲抗藥性中的作用機(jī)制

研究人員利用體外定點(diǎn)突變技術(shù)，對(duì)七種重要農(nóng)作物害蟲棉蚜、褐飛虱、赤擬谷盜、斜紋夜蛾，異色瓢蟲、家蠶、蜜蜂的非特異性羧酸酯酶基因進(jìn)行位點(diǎn)特異性突變，通過構(gòu)建融合表達(dá)載體和親合層析表達(dá)、純化酯酶蛋白，測(cè)定酯酶突變體對(duì)酯酶底物β-乙酸萘酯和有機(jī)磷殺蟲劑對(duì)氧磷、毒蟲畏的降解活性。結(jié)果表明，G/A151D和W271L突變分別顯著的降低了五種和七種昆蟲的羧酸酯酶原有的活性，分別使五種和六種昆蟲的羧酸酯酶獲得有機(jī)磷水解酶的活性，W271L突變對(duì)酶的影響力更大，證明了昆蟲通過羧酸酯酶發(fā)生點(diǎn)突變獲得抗藥性的進(jìn)化途徑具有普遍性。

在昆蟲界，羧酸酯酶是昆蟲抵御包括殺蟲劑在內(nèi)的外源化合物的重要物質(zhì)之一，在常用的有機(jī)磷和氨基甲酸酯抗性中起著重要的作用，可以使昆蟲產(chǎn)生代謝抗性和靶標(biāo)抗性。非特異性羧酸酯酶通過兩種方式使昆蟲對(duì)有機(jī)磷殺蟲劑產(chǎn)生代謝抗性，一種是數(shù)量機(jī)制，即通過羧酸酯酶在基因組上擴(kuò)增或轉(zhuǎn)錄水平的上調(diào)而過量表達(dá)酯酶，酯酶快速與殺蟲劑分子結(jié)合，但是水解速度非常緩慢，所以羧酸酯酶主要起屏蔽作用。另一種是質(zhì)量機(jī)制，即羧酸酯酶的表達(dá)水平不變，但酶的性質(zhì)發(fā)生了變化，酶原有的羧酸酯酶活性降低或喪失，而水解有機(jī)磷殺蟲劑的速率大大提高。這種變化的分子機(jī)制是羧酸酯酶在兩個(gè)位置發(fā)生了點(diǎn)突變，即G151D突變和W271L突變。

該研究成果不僅為預(yù)測(cè)、治理害蟲抗藥性的發(fā)生、發(fā)展提供理論依據(jù)，還為利用基因操作技術(shù)培育抗藥天敵開辟新思路，而且還可利用改造后的昆蟲羧酸酯酶處理環(huán)境中的農(nóng)藥殘留，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的安全生物修復(fù)。