溴臭蚜对有机磷杀虫剂敏感性的酯酶介导变化：α-酯酶是氯吡硫磷的良好吸附剂

《Pesticide Biochemistry and Physiology》：Esterase-mediated changes in the susceptibility to organophosphate insecticides in Bradysia odoriphaga: The α-esterase is a good chlorpyrifos sponge

　　

高亚飞|王立龙|刘国新|肖红丽|庞明浩|董景高|李耀发|刘英超|唐博文

中国河北省保定市河北农业大学植保学院，邮编071000

摘要

Bradysia odoriphaga是华北地区重要的地下害虫。酯酶是一类关键的解毒酶，参与多种杀虫剂的代谢过程。本研究探讨了α-酯酶在B. odoriphaga体内解毒氯吡硫磷中的作用。暴露于氯吡硫磷的LC₃₀浓度会显著提升B. odoriphaga的羧酸酯酶（CarE）活性。而使用酯酶抑制剂三苯基磷酸后，该昆虫对氯吡硫磷的敏感性进一步增强。从B. odoriphaga的转录组数据库中共鉴定出28个酯酶基因。系统发育分析显示其中8个基因与低等双翅目昆虫中常见的微粒体α-酯酶同源。沉默五个基因——BoαE1、BoαE4、BoαE5、BoαE6和BoαE7——会显著提高这些昆虫对氯吡硫磷的敏感性。RT-qPCR实验表明，在暴露于氯吡硫磷的LC₃₀剂量后，这五个基因的表达均上升。体外实验显示，重组的BoαE1、BoαE4和BoαE7能够与氯吡硫磷结合。经过高温处理后，氯吡硫磷的含量可恢复到对照水平。分子对接实验确认BoαE1和BoαE4能够与氯吡硫磷结合，且BoαE1的亲和力更强。这些结果表明，α-酯酶在B. odoriphaga对氯吡硫磷的抗性中起着关键作用，可能是通过隔离杀虫剂来发挥作用的。

引言

Bradysia odoriphaga是华北地区危害洋葱、大蒜、蔬菜及花卉的重要害虫（Chen等人，2017），会导致韭葱产量损失30%–80%（Zhao等人，2018）。其幼虫以植物根系和球茎为食，导致植株萎蔫或腐烂，由于生活在地下，因此很难控制（Zhang等人，2016；Zhu等人，2017；Shi等人，2018）。目前，控制B. odoriphaga主要仍依靠化学杀虫剂，其中有机磷类和新烟碱类杀虫剂是通过沟灌方式施用的主要药剂（Zhao等人，2016）。然而，长期使用这些杀虫剂已导致害虫产生抗药性，降低了防治效果（Bai等人，2016）。

B. odoriphaga在中国对氯吡硫磷的抗性程度各不相同。在主要的韭葱种植区，五个省份的幼虫都表现出较高的抗性水平，其中河北地区的抗性最强（唐山：166.82，邯郸：168.46），保定为100.10。甘肃地区的种群抗性处于中等水平（几倍到20多倍不等），而顺义地区的抗性较低（8.27倍）。总体而言，B. odoriphaga对氯吡硫磷的抗性要强于对其他有机磷类杀虫剂的抗性（Jiang等人，2004）。由解毒酶尤其是酯酶介导的代谢抗性是许多昆虫物种产生杀虫剂抗性的主要原因。其中，羧酸酯酶（CarEs）被认为在有机磷类杀虫剂的解毒过程中起重要作用。酯酶是一类存在于昆虫（Cao等人，2021）、哺乳动物（Ireland等人，2022）、植物（Bhatt等人，2021）以及微生物（Guerrero Ramírez等人，2023）中的代谢酶超家族，能够水解含有酯基的外来物质，如杀虫剂。昆虫共有14个酯酶分支（Farnsworth等人，2010），其中α-酯酶负责解毒有机磷类、氨基甲酸酯类和拟除虫菊酯类杀虫剂（Bhatt等人，2021）。羧酸酯酶（CarE）也与有机磷类杀虫剂的抗性相关——例如，泰国的Aedes aegypti就表现出3.5–10倍的抗性，且CarE活性升高与对敌敌畏的抗性有关。微阵列分析显示CCEae3a基因的表达上调了60多倍，CCEae6a也有类似变化，而CCEae3a基因的氨基酸多态性可能进一步增强了抗性（Poupardin等人，2014）。

对Anopheles sinensis的系统发育和同源性分析共鉴定出57个可能的CarEs基因，这些基因被分为3个类、12个亚科和14个分支，其中70%的基因集中在4个分支中。与Anopheles gambiae相比，其α-酯酶亚科更为丰富。在一种具有拟除虫菊酯抗性的品系中，RNA-seq技术检测到5个表达上升的CarE基因，而qRT-PCR则检测到12个；其中AsAe10和AsAce1基因与抗性关系最为密切（Wu等人，2018）。尽管α-酯酶的解毒作用在An. gambiae、Ae. aegypti以及Culex quinquefasciatus中已被广泛研究（Bhujel和Saha，2024；Nagi等人，2024；Vivekanandhan，2025），但其在低等双翅目昆虫中有机磷类杀虫剂解毒中的作用仍存在争议。一些研究表明α-酯酶如同“海绵”，将杀虫剂吸附在疏水腔体中而不进行水解（Cui等人，2015），而另一些研究则认为，表达上升的α-酯酶通过吸附方式实现解毒，而未表达升高的α-酯酶则能够水解杀虫剂（Karunaratne，1998）。需要进一步的代谢研究和实验验证来明确这些机制。

氯吡硫磷是一种广谱杀虫剂，常用于防治土壤害虫，其特点是土壤吸附性强，水溶性低（Chen等人，2017；Kumar等人，2017）。三十多年来，它一直被用作控制B. odoriphaga的手段，而如今该害虫对氯吡硫磷的抗性已比其对毒死蜱的抗性更强。氯吡硫磷的主要水解产物3,5,6-三氯-2-吡啶醇的相关研究已经较为充分（Yu等人，2022），这为研究低等双翅目昆虫中α-酯酶介导的解毒作用提供了依据。本研究以易产生抗性的害虫B. odoriphaga为对象，分析了其参与有机磷类杀虫剂解毒的关键α-酯酶。通过RNAi技术诱导敏感性的变化、体外蛋白质-药物相互作用试验以及代谢分析，本研究探讨了α-酯酶如何代谢有机磷类杀虫剂。这些研究结果有助于延缓害虫抗性的产生，并为其他害虫物种的研究提供分子层面的启示。

章节节选

昆虫

敏感型的B. odoriphaga品系是从河北省农林科学院植保研究所获得的。而易感型品系则在实验室控制条件下（25?±?2?°C，相对湿度75%，光照8小时：黑暗16小时），以新鲜的中国韭菜为饲料培育了10多代，期间未接触任何杀虫剂。

解毒酶活性的测定

在叶片浸渍法中，新鲜的中国韭菜叶片与三龄幼虫会被一同放入

氯吡硫磷胁迫下α-酯酶粗酶活性的变化

暴露于氯吡硫磷后，实验昆虫的粗α-酯酶活性数据如图1A所示。在12、24、36和48小时时，对照组的α-酯酶活性分别为17?μmol/mg/min、20?μmol/mg/min、20?μmol/mg/min和16?μmol/mg/min。而在暴露于氯吡硫磷LC₃₀剂量的实验组中，α-酯酶活性分别为40?μmol/mg/min、34?μmol/mg/min、30?μmol/mg/min和30?μmol/mg/min。在12、24、36和48小时时，

讨论

已有众多研究探讨了昆虫中细胞色素P450酶和GST酶的解毒机制，但针对α-酯酶的研究相对较少。近期利用RNAi技术的研究表明，α-酯酶基因在多种昆虫物种的有机磷类杀虫剂代谢和解毒过程中起着关键作用，包括Plutella xylostella（Pxae18和< />）以及Bactrocera dorsalis（BdCarE4和< />）（Wang等人，2015；Xie等人，2017）。不过，目前尚无关于α-酯酶在

CRediT作者贡献说明

高亚飞：写作——审阅与编辑，写作——初稿撰写，方法学，研究实施，正式分析。 王立龙：写作——审阅与编辑，写作——初稿撰写，正式分析。 刘国新：正式分析，概念构建。 肖红丽：正式分析。 庞明浩：监督，资源提供。 董景高：监督，资源提供。 李耀发：监督，资源提供。 刘英超：监督，资源提供。 唐博文：写作——初稿撰写。

利益冲突声明

所有作者均声明不存在利益冲突。

致谢

作者们感谢以下机构的财政支持：国家自然科学基金（编号：32202299），河北省教育厅科学研究项目（编号：BJK2024007），河北省自然科学基金（编号：C2021204088），河北农业大学引进人才启动科研基金（编号：YJ2020012）。作者们声明不存在利益冲突。