浙江大學農學院黃佳教授課題組在Plos Genetics發文揭示新煙堿類和多殺菌素類等重要殺蟲劑的分子靶標

煙堿型乙酰膽堿受體（Nicotinic acetylcholine receptors, nAChRs）是一種主要表達于昆蟲中樞神經系統的五聚體配體門控陽離子通道，也是新煙堿類（neonicotinoids）和多殺菌素類（spinosyns）等重要殺蟲劑的靶標。但是近年來，害蟲抗性和對蜜蜂的毒性問題限制了其發展并促使了砜亞胺類（sulfoximines），丁烯羥酸內酯類（butenolides）和介離子類（mesoionics）等新一代殺蟲劑的研發。但是，這些作用于nAChR的殺蟲劑在昆蟲體內的分子靶標目前尚不清楚；昆蟲nAChR有幾種亞型（subtype）以及這些亞型分別又由哪些亞基（subunit）組成也不明確。1月19日，生物學知名期刊Plos Genetics在線發表了浙江大學昆蟲所黃佳教授團隊題為“Nicotinic acetylcholine receptor modulator insecticides act on diverse receptor subtypes with distinct subunit compositions”的研究論文，從而解決了這一長期懸而未決的難題。
 
　　自第一個新煙堿類殺蟲劑吡蟲啉1991年正式上市以來，由于其能高效地防治害蟲、并對鳥類和哺乳動物低毒，到2018年這類殺蟲劑的全球市場份額占有率已高達24%。新煙堿類殺蟲劑經過研究人員不斷進行結構優化，仍保持著強大的生命力。近年來，市場上又出現了如氟啶蟲胺腈，氟吡呋喃酮和三氟苯嘧啶等同樣作用于nAChR且結構新穎的殺蟲劑。在昆蟲體內，nAChR僅存在于中樞神經系統中，不同的亞基組成決定了受體功能和藥理學的多樣性。由于脊椎動物的nAChR能夠在異源系統中表達，目前已經基本弄清楚其不同受體亞型的亞基組合方式。但長期以來昆蟲的nAChR無法在體外實現功能性表達，這極大地阻礙了對殺蟲劑分子靶標的研究。一直到2020年，才分別有日本和挪威的科學家發現在體外表達時加入3種輔助因子能夠在非洲爪蟾卵母細胞中表達功能性的nAChR。
 
　　本論文系統地測定了10種果蠅nAChR亞基突變體對11種nAChR調節型殺蟲劑的敏感性，同時結合了熱遺傳學和行為學的實驗。結果表明昆蟲體內至少存在5種以上的受體亞型，分別由不同的亞基構成，是不同類型殺蟲劑的主要分子靶標。該發現為害蟲的抗性管理和基于靶標的殺蟲劑分子設計和開發提供了理論基礎，也為深入研究這些nAChR調節型殺蟲劑的生態毒理學和風險評估提供了依據。
 
　　黃佳教授為論文的通訊作者，碩士畢業生盧婉君，在讀碩士生劉芷函，范昕雨和中國農科院茶葉所的張新忠副研究員為論文的共同一作。該論文也是黃佳教授課題組在之前對酪胺受體（Current Biology，2016），5-羥色胺受體（eLife，2016），章魚胺受體（eLife，2021）等殺蟲靶點研究的基礎上，在煙堿型乙酰膽堿受體研究上的又一項突破性成果。
 
　　https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1009920



日期：2022-02-08