《Pesticide Biochemistry and Physiology》：Acute insecticide exposure uncovers genotype-specific transcriptomic responses underlying toxicity and resistance in mosquitoes
编辑推荐：
短时暴露德尔塔戊林的埃及伊蚊Rockefeller与Puerto Rico品系转录组分析揭示耐药性涉及CYP解毒酶、神经受体差异及表观遗传调控，为抗药性管理提供新靶点。
Lise Pingault|Leslie Rault|Daniel R. Swale|Troy Anderson
内布拉斯加大学林肯分校昆虫学系，美国内布拉斯加州林肯市68583
摘要
蚊子短期接触杀虫剂为识别导致毒性和抗性的早期分子反应提供了宝贵的机会。我们利用3′ RNA测序技术，研究了拟除虫菊酯敏感型（Rockefeller；ROCK）和抗性型（Puerto Rico；PR）的埃及伊蚊在短期接触拟除虫菊酯溴氰菊酯（30分钟）后的基因组表达变化。ROCK品系表现出最小的转录重排和较少的差异表达基因（DEGs），表明在测试剂量下其急性敏感性较低。相比之下，PR品系显示出67个差异表达基因，这些基因主要与杀虫剂代谢、能量稳态和神经活性配体-受体相互作用相关。与已知的抗性机制一致，PR品系表现出强烈的解毒相关细胞色素P450（CYP）基因的组成型和诱导型表达，包括CYP6BB2、CYP6M11和CYP4C38，以及与ROCK相比CYP9J家族基因的上调。其他分子差异还包括角质层合成的改变、多样的神经受体表达模式（包括GPCRs和谷氨酸受体）以及表观遗传特征（如组蛋白下调和DNMT2表达减少），表明PR品系的转录灵活性增强。基因共表达分析支持PR蚊子比ROCK蚊子具有更强的代谢适应性。这些发现表明，埃及伊蚊对溴氰菊酯的抗性不仅由解毒酶和降低的角质层通透性介导，还涉及神经调节和表观遗传因素。这项工作强调了短期转录组分析在揭示杀虫剂反应机制方面的实用性，并指出了潜在的功能验证候选基因。这些见解可以指导下一代杀虫剂的设计和抗性管理干预措施。
引言
蚊子传播的病原体继续对全球健康构成重大挑战，每年导致超过100万人死亡（Caraballo和King，2014；Franklinos等人，2019；世界卫生组织，2022）。主要参与病原体和寄生虫传播的蚊子属包括按蚊（Anopheles）、伊蚊（Aedes）和库蚊（Culex）（世界卫生组织，2022）。鉴于治疗这些传播病例的困难，预防蚊虫叮咬仍然是减少社区疾病传播的最可靠策略（Hemingway等人，2006）。在可用的化学干预措施中，拟除虫菊酯杀虫剂最常被用于减少蚊子数量（Ranson等人，2011；Soderlund，2012）。这些化合物作用于电压门控钠通道，导致昆虫神经系统过度活跃、协调能力丧失，最终死亡（Gammon等人，1981）。特别重要的是埃及伊蚊，它传播登革热、基孔肯雅热和黄热病病毒，因此是保护社区健康的关键目标（Kyle和Harris，2008；Muktar等人，2016；Powers和Logue，2007）。
拟除虫菊酯杀虫剂，包括α-氰基类（如α-氰氯氰菊酯、氟氯氰菊酯、溴氰菊酯、λ-氰戊菊酯）和非氰基类（如乙氟苯菊酯、氯氰菊酯），是埃及伊蚊管理计划的基石，尤其因为它们适用于处理过的材料（Hougard等人，2003；Manjarres-Suarez和Olivero-Verbel，2013；Zaim等人，2000）。然而，它们的广泛使用带来了巨大的选择压力，促进了蚊子种群（包括埃及伊蚊）的抗性发展（Ranson等人，2010；Smith等人，2016；Vontas等人，2012）。抗性机制包括细胞色素P450单加氧酶、谷胱甘肽S-转移酶和酯酶等解毒酶活性的增强（Francis等人，2017；Lumjuan等人，2005；Rault等人，2019b；Strode等人，2008），钠通道的目标位点突变（Brengues等人，2003；Du等人，2016；Hemingway等人，1989），或结构变化（如角质层增厚）阻碍杀虫剂渗透（Samal和Kumar，2021）。特别是波多黎各（PR）品系的埃及伊蚊表现出电压门控钠通道突变和增强的细胞色素P450介导的解毒作用，从而具有高水平的拟除虫菊酯抗性（Estep等人，2017；Rault等人，2019b）。先前的研究表明，与拟除虫菊酯敏感的Rockefeller（ROCK）品系相比，PR品系的成年蚊子具有显著增强的基础P450活性，尤其是CYP9J家族成员（Rault等人，2019b）。此外，还发现改变ABC转运蛋白功能会改变这些品系的溴氰菊酯敏感性和中枢神经系统活动（Rault等人，2019a）。
本研究通过比较埃及伊蚊PR和ROCK品系在短期接触溴氰菊酯后的全转录组反应，进一步扩展了这些发现。我们使用3′ RNA测序（3’RNA-seq）进行了基因表达分析，并采用差异表达、富集和共表达网络方法进行分析。埃及伊蚊的拟除虫菊酯抗性显示了一种多层次的防御策略，包括解毒、物理屏障、神经调节差异和表观遗传调控。对抗性和敏感基因型的短期转录组分析为识别新的杀虫剂抗性标志物和功能验证候选基因提供了机制框架。我们的发现突出了开发下一代抗性缓解杀虫剂的潜在靶点。
章节摘录
蚊子的起源和饲养
本研究使用了两种蚊子品系：（1）敏感的实验室品系Rockefeller（ROCK），建立于1937年（通过NIH的BEI Resources获得：Aedes aegypti，品系ROCK，MRA-734，由David W. Severson提供）；（2）抗拟除虫菊酯的品系Puerto Rico（PR），从波多黎各圣胡安收集，并自2012年起在实验室中在选择压力下维持（由疾病控制与预防中心（CDC）提供，由BEI分发）
基因表达谱
3′RNA-seq文库的测序产生了130万个配对末端读段，其中ROCK C2的配对末端读段数量最少为57,943,588个，最多为188,686,318个（补充表1）。平均而言，86.03%的配对末端读段映射到参考基因组上（补充表1）。总共我们识别出在至少一种条件下表达的19,618个基因。进行了主成分分析（PCA）以减少数据复杂性和变异
讨论
蚊子和其他害虫昆虫短期单剂量或单浓度接触杀虫剂是一种发现新的杀虫剂靶点和抗性机制的宝贵方法（Collins等人，2025；Derilus等人，2023；Yoon等人，2011）。将蚊子或其组织暴露于亚致死或急性剂量的杀虫剂中短时间内，有助于识别分子和生理紊乱
结论
这些数据共同表明，埃及伊蚊的PR和ROCK品系在拟除虫菊酯溴氰菊酯方面的转录组特征和反应存在根本差异。这些发现强调了抗性的复杂性，表明PR品系采用了包括解毒、表观遗传适应和物理屏障在内的多层次防御机制。这项工作还确定了多个功能验证的候选基因，包括潜在的C2H2调节因子
CRediT作者贡献声明
Lise Pingault：写作 – 审稿与编辑、原始草稿撰写、资源收集、方法学设计、研究实施、数据分析、概念构建。Leslie Rault：写作 – 审稿与编辑、资源收集、方法学设计、研究实施、概念构建。Daniel R. Swale：写作 – 审稿与编辑。Troy Anderson：写作 – 审稿与编辑、资金筹集。
致谢
本研究中报告的研究部分得到了Zymo Research Corporation的beta测试计划的支持，包括免费的Zymo-Seq SwitchFree 3’ mRNA文库试剂盒（目录号R3008）和免费测序服务。内容仅由作者负责。
