灰飞虱三种细胞色素P450通过不同催化反应代谢吡虫啉和烯啶虫胺的机制研究

针对灰飞虱(L. striatellus)对新烟碱类杀虫剂代谢机制不清的问题，研究人员通过RNAi和重组P450酶体外代谢实验，发现LsCYP6ER2、LsCYP4CE2和LsCYP6CW1能代谢吡虫啉(imidacloprid)和烯啶虫胺(nitenpyram)，产生4/5-OH代谢物及N-脱甲基产物，揭示了物种间同源P450功能保守性不必然导致抗性差异的规律，为两种稻飞虱协同防控提供新见解。

　　

稻飞虱是危害水稻生产的重要害虫，其中褐飞虱(Nilaparvata lugens, BPH)和灰飞虱(Laodelphax striatellus, SBPH)不仅能直接吸食水稻汁液，还能传播多种病毒病。长期以来，新烟碱类杀虫剂如吡虫啉(imidacloprid)和烯啶虫胺(nitenpyram)是防治这两种害虫的主要手段，但长期使用导致抗药性问题日益严重。有趣的是，尽管两种飞虱亲缘关系相近，但它们的抗性机制却存在显著差异：褐飞虱中NlCYP6ER1等P450基因的过表达是抗性关键，而灰飞虱中起主导作用的却是LsCYP4C71等非直系同源基因。这种差异引发了一个重要科学问题——灰飞虱中与褐飞虱同源的P450是否也具备代谢新烟碱类杀虫剂的能力？这对理解物种间抗性机制分化具有重要意义。

为回答这一问题，南京农业大学的研究团队在《Pesticide Biochemistry and Physiology》发表研究，系统分析了灰飞虱三种P450酶（LsCYP6ER2、LsCYP4CE2和LsCYP6CW1）的代谢功能。研究人员首先采集了中国安徽、江苏等地的田间种群，通过qPCR检测基因表达水平；随后采用RNA干扰技术进行体内功能验证，并利用杆状病毒表达系统获得重组P450蛋白开展体外代谢实验，结合LC-MS分析代谢产物。

主要技术方法
研究采用多学科交叉方法：1) 采集中国四地田间灰飞虱种群检测P450表达差异；2) RNAi沉默靶标基因后测定杀虫剂毒力变化；3) 杆状病毒-昆虫细胞系统表达重组P450蛋白；4) 体外代谢实验结合LC-MS鉴定代谢产物。

研究结果

基因表达分析
在四个地理种群中，LsCYP6ER2、LsCYP4CE2和LsCYP6CW1的表达量无显著差异，这与褐飞虱抗性品系中同源基因过表达的模式形成鲜明对比。

RNAi验证功能
沉默这三个基因均显著提高了灰飞虱对吡虫啉和烯啶虫胺的敏感性，死亡率增加30-50%，证实它们在杀虫剂基础耐受性中起重要作用。

体外代谢特征
重组酶实验显示：1) 三种P450均能将吡虫啉代谢为4/5-OH imidacloprid；2) 对烯啶虫胺的代谢存在分化：LsCYP6ER2和LsCYP6CW1主要产生N-desmethyl nitenpyram，而LsCYP4CE2还能生成羟基化产物。代谢效率测定表明LsCYP6ER2活性最高。

讨论与意义
该研究首次揭示灰飞虱同源P450具有与褐飞虱相似的催化功能，但基因表达调控模式迥异。这一发现突破了"同源基因必然导致相似抗性表型"的传统认知，表明P450在抗性中的作用不仅取决于催化能力，更依赖于其在抗性品系中的表达水平。研究为理解近缘物种抗性机制分化提供了新视角，对制定两种稻飞虱差异化防控策略具有指导价值。作者特别指出，灰飞虱中更多P450成员具备代谢能力可能是其广谱耐受性的重要原因，这种"功能冗余"特性值得在抗性治理中重点关注。