转录因子NlHsf调控Nilaparvata lugens在磺草氟抗性中的NlABCG7过表达

《Pesticide Biochemistry and Physiology》：\Transcription factor NlHsf regulates NlABCG7 overexpression in the sulfoxaflor resistance of Nilaparvata lugens

本研究发现褐飞虱NlABCG7基因通过Hsf转录因子调控介导磺酰基类杀虫剂抗药性，RNAi沉默两者分别增强和减弱敏感性，为抗药机制提供了新证据。

　　在农业生态系统中，水稻作为全球重要粮食作物之一，其产量和品质常常受到多种害虫的威胁。其中，褐飞虱（*Nilaparvata lugens* St?l）被认为是极具破坏性的害虫之一，不仅能够直接危害水稻植株，还可能通过传播病毒性疾病进一步影响作物健康。随着全球水稻种植面积的扩大和对高产的需求，褐飞虱的种群数量和危害程度也逐年上升，对农业生产构成了严峻挑战。长期以来，化学杀虫剂是控制褐飞虱的主要手段，然而，由于长期、大量、不合理地使用化学杀虫剂，褐飞虱已对多种杀虫剂产生了不同程度的抗药性，特别是对新型硫代氨基甲酸酯类杀虫剂如硫双威（sulfoxaflor）的抗性问题尤为突出。

抗药性的出现给农业害虫的防控带来了极大的困难，因此，深入研究抗药性机制成为当前昆虫学和农业科学领域的重要课题。近年来，越来越多的研究表明，ATP结合盒（ATP-binding cassette, ABC）转运蛋白在昆虫抗药性发展中起着关键作用。ABC转运蛋白是一类广泛存在于真核生物中的跨膜蛋白，它们通过水解ATP释放能量，将多种外源性物质（包括杀虫剂）从细胞内主动转运到细胞外，从而降低这些物质对昆虫的毒性。这一过程通常被称为“Phase III”解毒机制，即在代谢产物形成后，通过转运蛋白将其排出体外。ABC转运蛋白家族在昆虫中被分为八个亚家族（ABCA-ABCH），其中ABC B、C、G和H亚家族在解毒过程中尤为活跃，特别是在杀虫剂的外排和抗药性形成中发挥着重要作用。

尽管ABC转运蛋白在昆虫抗药性中的作用已被广泛认可，但关于它们在硫代氨基甲酸酯类杀虫剂抗性中的具体机制，尤其是与转录调控相关的研究仍较为有限。本研究聚焦于*Nilaparvata lugens*中一个名为*NlABCG7*的ABC转运蛋白基因，通过比较抗药性品系与敏感品系之间的基因表达水平，发现*NlABCG7*在抗药性品系中显著上调。进一步的实验表明，通过RNA干扰（RNA interference, RNAi）技术沉默*NlABCG7*基因表达后，褐飞虱对硫双威的敏感性明显增强，这表明*NlABCG7*在硫双威抗性形成中具有重要功能。

此外，研究还发现，热休克因子（Heat Shock Factor, Hsf）在抗药性种群中高度过表达。Hsf是一类重要的转录因子，通常在细胞受到热应激或其他环境压力时被激活，进而调控热休克蛋白（Heat Shock Protein, HSP）的表达，以帮助细胞应对外部压力。然而，本研究揭示了Hsf在褐飞虱抗药性中的新角色，即它不仅参与应激反应，还可能通过调控*NlABCG7*的表达来影响杀虫剂的抗性。通过对*NlHsf*基因进行RNAi沉默，研究发现其显著降低了*NlABCG7*的表达水平，并同时提高了褐飞虱对硫双威的敏感性。这一结果表明，Hsf可能通过直接结合*NlABCG7*的启动子区域，增强其转录活性，从而调控该基因的表达。

为了进一步验证这一调控机制，研究团队还进行了组织特异性与发育阶段特异性的分析，发现*NlHsf*的表达主要集中在褐飞虱的卵和成虫阶段，并且主要在脂肪体组织中高表达。脂肪体是昆虫体内重要的代谢和解毒器官，因此，这一发现进一步支持了Hsf在调控ABC转运蛋白表达中的作用。通过双荧光素酶报告基因实验，研究人员确认了*NlHsf*能够直接与*NlABCG7*的5'端调控区域结合，从而增强其转录活性。这一结果为理解ABC转运蛋白在昆虫抗药性中的作用机制提供了新的视角，同时也揭示了转录因子在调控抗药性基因表达中的重要性。

在昆虫抗药性研究中，转录因子的作用一直是一个重要的研究方向。它们不仅能够响应环境压力，还能通过调控多个基因的表达，影响昆虫的抗药性表型。例如，一些研究表明，bZIP超家族中的CncC蛋白以及AhR/ARNT复合物能够调控多种谷胱甘肽S-转移酶（GST）基因的表达，从而帮助昆虫抵抗氯吡脲和氯氰菊酯等杀虫剂。此外，核受体超家族中的HR83蛋白也被发现能够通过代谢解毒机制增强昆虫对氯吡脲的抗性，而抑制肝细胞核因子4（HNF4）则能够通过调节细胞色素P450和UDP-葡萄糖醛酸转移酶（UGT）基因的表达，提高昆虫对噻虫嗪的抗性。这些研究共同表明，转录因子在昆虫抗药性调控中扮演着核心角色。

然而，尽管已有大量关于转录因子在昆虫抗药性中的作用的研究，但关于Hsf在昆虫抗药性中的具体调控机制仍缺乏系统性的探索。本研究通过揭示*NlHsf*与*NlABCG7*之间的调控关系，填补了这一知识空白。研究结果不仅为理解ABC转运蛋白在昆虫抗药性中的作用提供了新的依据，也为开发新的抗药性管理策略提供了理论支持。例如，通过靶向调控Hsf或*NlABCG7*的表达，可能有助于提高现有杀虫剂的使用效果，减少抗药性的发生和发展。

值得注意的是，ABC转运蛋白的表达不仅受到转录因子的调控，还可能受到多种环境因素的影响。例如，温度、营养状况、杀虫剂的浓度和种类等都可能影响ABC转运蛋白的活性和表达水平。因此，在实际应用中，除了关注基因表达调控外，还需要综合考虑环境因素对昆虫抗药性的影响。此外，不同昆虫种类中ABC转运蛋白的表达模式和调控机制可能存在差异，这提示我们需要对不同害虫进行针对性研究，以制定更有效的抗药性管理策略。

本研究的结果还表明，NlABCG7在褐飞虱抗药性中的作用可能不仅仅局限于硫双威，还可能与其他杀虫剂的抗性相关。ABC转运蛋白通常具有广泛的底物特异性，能够运输多种外源性化合物，包括杀虫剂、药物和环境污染物。因此，NlABCG7可能在褐飞虱对其他杀虫剂的抗性中也发挥重要作用。这一发现为未来研究ABC转运蛋白在昆虫抗药性中的多功能性提供了新的方向。

在实际应用中，针对ABC转运蛋白和相关转录因子的调控策略可能具有重要的应用价值。例如，开发能够特异性抑制NlABCG7或NlHsf表达的RNAi技术，可能为农业害虫的生物防治提供新的工具。此外，结合其他抗药性机制的研究，如细胞色素P450和UDP-葡萄糖醛酸转移酶的表达调控，可以进一步优化抗药性管理策略，提高杀虫剂的使用效率，减少对环境和人类健康的潜在影响。

从更广泛的视角来看，本研究的发现不仅对褐飞虱抗药性的理解具有重要意义，也为其他害虫抗药性机制的研究提供了参考。ABC转运蛋白和转录因子的相互作用可能是昆虫抗药性形成的一个普遍机制，因此，深入研究这一机制可能有助于揭示更多害虫抗药性的分子基础。此外，随着基因编辑技术的发展，如CRISPR/Cas9，未来的研究可以进一步探索这些基因在不同昆虫物种中的功能和调控机制，从而为害虫综合治理提供更全面的理论依据和技术手段。

总之，本研究通过系统分析*NlABCG7*和*NlHsf*在褐飞虱抗药性中的作用，揭示了ABC转运蛋白与转录因子之间的调控关系。这一发现不仅加深了我们对昆虫抗药性机制的理解，也为未来开发新的抗药性管理策略提供了重要的理论基础和实验依据。通过进一步研究这些基因在不同环境条件下的表达变化，以及它们与其他抗药性相关基因的相互作用，可以为实现可持续的害虫防控提供更加科学和有效的解决方案。