西亞試劑：兩個點突變普遍引起昆蟲非特異性羧酸酯酶性質(zhì)的改變

羧酸酯酶普遍存在于動物、植物和細(xì)菌中，是一個具有多種生理功能的基因家族，如水解神經(jīng)遞質(zhì)、代謝某些激素和信息素、降解內(nèi)外源毒素及參與防御反應(yīng)等。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有機磷殺蟲劑產(chǎn)生代謝抗性，一種是數(shù)量機制，即通過羧酸酯酶在基因組上擴增或轉(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，而水解有機磷殺蟲劑的速率大大提高。這種變化的分子機制是羧酸酯酶在兩個位置發(fā)生了點突變，即G151D突變和W271L突變。目前這個抗性機制的研究大部分僅局限于高等雙翅目昆蟲中。這種羧酸酯酶突變導(dǎo)致的抗藥性在其它昆蟲中是否是一種普遍的進(jìn)化機制？G151D和W271L突變是否能使昆蟲羧酸酯酶的性質(zhì)普遍得到改變？

中科院動物研究所喬傳令研究員和康樂研究員團(tuán)隊開展合作研究，利用體外定點突變技術(shù)，對七種昆蟲包括重要農(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)行位點特異性突變，通過構(gòu)建融合表達(dá)和親合層析高效表達(dá)、純化酯酶蛋白，測定酯酶突變體對酯酶底物β-乙酸萘酯和有機磷殺蟲劑對氧磷、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磷水解酶的活性，W271L突變對酶的影響力更大，證明了昆蟲通過羧酸酯酶發(fā)生點突變獲得抗藥性的進(jìn)化途徑具有普遍性。

該研究成果不僅為預(yù)測、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，實現(xiàn)對環(huán)境的安全生物修復(fù)。研究成果2011年發(fā)表在昆蟲學(xué)Top5%雜志Insect Biochemistry and Molecular Biology上。

論文信息：Feng Cui, Zhe Lin, Hongsheng Wang, Silu Liu, Haijing Chang, Gerald Reeck, Chuanling Qiao, Michel Raymond, and Le Kang. 2011. Two single mutations commonly cause qualitative change of nonspecific carboxylesterases in insects. Insect Biochemistry and Molecular Biology, 41: 1-8.