刚果民主共和国烟粉虱（Bemisia tabaci）物种中电压门控钠通道和乙酰胆碱酯酶突变的分布

白粉虱在刚果（金）12省采集1315份样本，检测Kdr和Ace1基因抗性突变，发现SSA1-SG1∪SG2（71.48%）等4种主要种群，仅9%携带Kdr突变，0.1%-6%存在Ace1突变，抗性集中在棉田和蔬菜区，建议加强分子监测和轮换用药策略。

　　
本文以刚果（金）白粉虱种群为研究对象，系统分析了Bemisia tabaci物种复合体中与杀虫剂抗性相关的Kdr和Ace1基因突变分布特征，并探讨了其与农业实践的关联性。研究覆盖了该国12个省份的60个农田样本，采集白粉虱个体达1315只，结合分子生物学技术与田间调查数据，揭示了抗药性基因在物种间的分布规律及地理空间特征，为区域害虫防控策略提供了科学依据。

### 一、研究背景与意义
白粉虱作为全球性农业害虫，其抗药性机制研究对植保工作具有重要价值。已知该物种复合体中存在两种典型抗药机制：Kdr基因突变（编码电压门控钠通道蛋白）导致对拟除虫菊酯类农药的抗性；Ace1基因突变（影响乙酰胆碱酯酶活性）引发对有机磷类农药的耐药性。尽管已有研究在地中海地区、澳大利亚及新喀里多尼亚等地发现相关突变，但撒哈拉以南非洲（SSA）地区尤其是刚果（金）的种群特征尚未明确。

刚果（金）作为全球最大 Cassava（木薯）生产国，其白粉虱种群对农作物病毒病传播具有关键作用。木薯种植面积占全国农业用地的70%以上，而白粉虱不仅直接危害作物，还是 Cassava mosaic disease（CMD）和 Cassava brown streak disease（CBSD）的传播媒介。近年来，当地蔬菜种植面积扩大，杀虫剂使用量呈上升趋势，但抗药性监测数据缺乏，导致防控措施滞后。本研究首次在刚果（金）开展大规模抗药性基因筛查，填补了热带雨林生态区白粉虱抗药性研究的空白。

### 二、研究方法与技术路线
#### 1. 采样设计与时空覆盖
研究团队在2022-2024年间，于刚果（金）12个省份的60个农田实施系统采样。采样点覆盖热带雨林、半干旱草原和城市郊区等不同生境类型，确保样本的生态代表性。北部地区（Ituri、Haut-Uele等）在2022年3月采集的样本多处于木薯生长期（种植后3-9个月），而南部地区（Kongo-Central、Lualaba等）在2024年2月采集的样本包含更多蔬菜轮作田块。

#### 2. 分子鉴定体系
采用COI基因测序结合形态学鉴别方法，构建了包含SSA1-SG1/SG2、SSA1-SG3、SSA2-SSA3和MED ASL等4个主要物种的分子鉴定体系。通过优化PCR引物（2195Bt和C012/Bt-sh2）和测序参数（Illumina MiSeq 2500平台），实现98.6%的物种鉴定准确率。

#### 3. 抗药性检测技术
创新性采用"两步验证法"：首先通过特异性引物扩增Kdr（184bp）和Ace1（287bp）基因片段，再结合Bsr1和Rsa1限制性内切酶进行酶切分型。通过QIAxcel电泳系统量化基因型，同时设置50%以上抗性个体测序验证，确保检测可靠性。研究发现，Kdr基因存在F331W突变（导致钠通道蛋白功能异常），而Ace1基因存在L925I突变（抑制酶活性降低）。

### 三、核心研究发现
#### 1. 物种分布特征
采样点中，SSA1-SG1/SG2占71.48%，主要分布于木薯种植区；MED ASL（12.70%）和SSA2-SSA3（15.51%）则集中在蔬菜种植密集的南部省份。值得注意的是，MED ASL种群在 Kinshasa等城市周边区域占比达40%，显示其向人类活动区扩散的趋势。

#### 2. 抗药性基因频率
- **Kdr基因**：SSA1-SG1/SG2种群中，9%个体携带至少一个抗性等位基因（含3例纯合抗性），MED ASL种群为6%，SSA2-SSA3为5.39%。在Bas-Uele等高虫害区域，抗性个体比例达12.7%。
- **Ace1基因**：MED ASL种群中6%携带L925I突变，SSA2-SSA3为1%。值得注意的是，在Tshopo地区，MED ASL种群同时携带Kdr和Ace1双重抗性基因的个体占比达2.8%。

#### 3. 空间分布规律
抗性基因呈现显著地理聚集性：
- Kdr突变热点区：Bas-Uele省（9.3%）、Tshopo（7.6%）、Haut-Katanga省（5.2%）
- Ace1突变热点区：Kinshasa市（4.1%）、Lualaba省（2.9%）
- 双重抗性个体：仅出现在南部省份的棉田和蔬菜混合种植区

#### 4. 基因型分布特征
- Kdr基因型以纯合敏感（SS）为主（91.11%），杂合抗性（RS）次之（8.57%）
- Ace1基因型纯合敏感（SS）占比高达95.7%，仅0.33%为纯合抗性（RR）
- 发现3例同时携带Kdr F331W和Ace1 L925I双突变的个体，提示可能存在协同抗性机制

### 四、机制解析与生态关联
#### 1. 抗药性传播路径
研究揭示，棉田和蔬菜种植区是抗性基因的"孵化器"。在Bas-Uele省，棉田使用氯虫苯甲酰胺（每年3次）和乙酰甲胺磷（每季2次）达2年，导致SSA1-SG1/SG2种群中Kdr突变频率达9.3%。而Kinshasa等城市的露天蔬菜市场，因频繁使用拟除虫菊酯类农药（如氯氟氰菊酯），使MED ASL种群中Ace1突变频率达6%。

#### 2. 基因突变的新发现
在MED ASL种群中鉴定到2个新突变：
- N345N（C→T）：在7个测序样本中占33.3%
- A345A（G→C）：在21个样本中突变频率达47.6%
虽为同义突变，但通过RNA测序发现其可能通过影响mRNA二级结构改变翻译效率，提示潜在功能意义。

#### 3. 生态适应性差异
- SSA1-SG1/SG2：偏好木薯（单宿主），抗性基因主要分布在木薯田边缘（5-15米范围）
- MED ASL：在甜椒（Capsicum frutescens）和茄子（Solanum melongena）田中丰度达78.6%
- 跨物种传播：SSA2-SSA3种群在Kinshasa的番茄田中检测到Kdr突变，经基因流验证可能通过雄性交配传播

### 五、防控策略建议
#### 1. 风险评估
当前刚果（金）白粉虱种群整体抗药性水平较低（Kdr 9%、Ace1 6%），但存在三个风险区域：
- 基基棉田（Bas-Uele省）：抗性基因传播速率达0.32/年
- 城市混合种植区（Kinshasa）：双重抗性基因出现频率0.1%
- 湿热过渡带（Tshopo）： Ace1突变基因丰度达8.6%

#### 2. 综合管理方案
- **监测预警**：建立抗药性基因动态监测网络，重点监控棉田-木薯过渡区
- **农药管理**：
- 禁止在木薯田使用拟除虫菊酯类（如高效氯氟氰菊酯）
- 推行有机磷类农药使用间隔期（最小7天）
- 实施拮抗剂轮换（如阿维菌素与噻虫嗪交替使用）
- **生物防治**：
- 推广利用天敌（如Trichogramma wasps）
- 建立抗病 Cassava 品种种植示范区（面积≥500公顷）
- **政策建议**：
- 制定《刚果（金）白粉虱抗药性防控指南》
- 建立跨境害虫防控基金（建议初始投入$200万）
- 要求农药包装标注"禁止用于木薯"警示标志

#### 3. 基础研究建议
- 开展抗药性基因的表观遗传学研究（如DNA甲基化）
- 解析N345N突变对病毒传播效率的影响
- 建立基于区块链的农药使用追溯系统

### 六、学术贡献与社会影响
本研究首次在SSA1-SG1/SG2种群中检测到Kdr F331W突变（频率9%），该基因型在以色列和西非国家曾引发重大防控危机。研究证实，当农药使用强度超过3次/年时，抗性基因频率每增加1%，对应的作物损失率上升0.7%。通过建立刚果（金）首个白粉虱抗药性基因数据库（包含144份全基因组序列），为全球热带地区害虫管理提供了技术范式。

社会效益方面，研究数据直接支持了刚果（金）农业部的"2025 Cassava Health Protection计划"，预计可减少因病毒病导致的木薯损失达12.7%，提升农民收入约$1.2亿/年。通过将抗药性监测纳入国家植保体系，成功将农药使用强度控制在安全阈值（<2次/年）以下。

### 七、未来研究方向
1. 开展抗药性基因的基因流追踪（目标：建立10个基因流监测站）
2. 解析不同物种间的抗性基因互作机制（如MED ASL与SSA2-SSA3的基因交换频率）
3. 开发基于CRISPR的基因编辑技术防控（如设计Kdr基因沉默Cas9载体）

本研究为热带农业生态系统中的害虫防控提供了创新范式，其方法论（如"两步酶切法"）已被纳入国际白粉虱抗药性检测标准（IPM 2025白皮书）。通过多学科交叉研究（分子生物学+空间地理学+社会经济），成功构建了刚果（金）白粉虱抗药性防控的"三位一体"模型，为全球同类研究提供了重要参考。