浙江大学农学院黄佳教授课题组在Plos Genetics发文揭示新烟碱类和多杀菌素类等重要杀虫剂的分子靶标

　　烟碱型乙酰胆碱受体（Nicotinic acetylcholine receptors, nAChRs）是一种主要表达于昆虫中枢神经系统的五聚体配体门控阳离子通道，也是新烟碱类（neonicotinoids）和多杀菌素类（spinosyns）等重要杀虫剂的靶标。但是近年来，害虫抗性和对蜜蜂的毒性问题限制了其发展并促使了砜亚胺类（sulfoximines），丁烯羟酸内酯类（butenolides）和介离子类（mesoionics）等新一代杀虫剂的研发。但是，这些作用于nAChR的杀虫剂在昆虫体内的分子靶标目前尚不清楚；昆虫nAChR有几种亚型（subtype）以及这些亚型分别又由哪些亚基（subunit）组成也不明确。1月19日，生物学知名期刊Plos Genetics在线发表了浙江大学昆虫所黄佳教授团队题为“Nicotinic acetylcholine receptor modulator insecticides act on diverse receptor subtypes with distinct subunit compositions”的研究论文，从而解决了这一长期悬而未决的难题。

 

　　自第一个新烟碱类杀虫剂吡虫啉1991年正式上市以来，由于其能高效地防治害虫、并对鸟类和哺乳动物低毒，到2018年这类杀虫剂的全球市场份额占有率已高达24%。新烟碱类杀虫剂经过研究人员不断进行结构优化，仍保持着强大的生命力。近年来，市场上又出现了如氟啶虫胺腈，氟吡呋喃酮和三氟苯嘧啶等同样作用于nAChR且结构新颖的杀虫剂。在昆虫体内，nAChR仅存在于中枢神经系统中，不同的亚基组成决定了受体功能和药理学的多样性。由于脊椎动物的nAChR能够在异源系统中表达，目前已经基本弄清楚其不同受体亚型的亚基组合方式。但长期以来昆虫的nAChR无法在体外实现功能性表达，这极大地阻碍了对杀虫剂分子靶标的研究。一直到2020年，才分别有日本和挪威的科学家发现在体外表达时加入3种辅助因子能够在非洲爪蟾卵母细胞中表达功能性的nAChR。

 

　　本论文系统地测定了10种果蝇nAChR亚基突变体对11种nAChR调节型杀虫剂的敏感性，同时结合了热遗传学和行为学的实验。结果表明昆虫体内至少存在5种以上的受体亚型，分别由不同的亚基构成，是不同类型杀虫剂的主要分子靶标。该发现为害虫的抗性管理和基于靶标的杀虫剂分子设计和开发提供了理论基础，也为深入研究这些nAChR调节型杀虫剂的生态毒理学和风险评估提供了依据。

 

　　黄佳教授为论文的通讯作者，硕士毕业生卢婉君，在读硕士生刘芷函，范昕雨和中国农科院茶叶所的张新忠副研究员为论文的共同一作。该论文也是黄佳教授课题组在之前对酪胺受体（Current Biology，2016），5-羟色胺受体（eLife，2016），章鱼胺受体（eLife，2021）等杀虫靶点研究的基础上，在烟碱型乙酰胆碱受体研究上的又一项突破性成果。

 

　　https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1009920