通过微RNA PC-5p-86205_18 对 UGT349A13 的转录后调控影响蚜虫（Aphis craccivora）对吡虫啉（afidopyropen）的敏感性

《Pesticide Biochemistry and Physiology》：Post-transcriptional regulation of UGT349A13 through a microRNA, PC-5p-86205_18, influences afidopyropen susceptibility in Aphis craccivora

本研究发现，蚜虫Aphis craccivora中的UDP-葡萄糖基转移酶（UGTs）通过miRNA PC-5p-86205_18的转录后调控影响对新型吡咯烷类农药afidopyropen的抗药性，为开发靶向UGTs的防治策略提供了理论依据。

杨元雪|王爱宇|薛超|赵明

山东省农业科学院工业作物研究所，中国济南250100

摘要

作为关键的解毒酶，UDP-糖基转移酶（UGTs）在害虫（如Aphis craccivora）对杀虫剂的耐受性中起着重要作用。然而，这些酶通过microRNAs（miRNAs）的转录后调控机制在该主要作物害虫中的研究仍然非常有限。在本研究中，我们通过基因组分析鉴定了Aphis craccivora中的37种UGTs。为了探究它们对afidopyropen敏感性的影响，我们在afidopyropen暴露后的LC₅₀浓度下进行了协同作用生物测定，并结合UGT活性测量，结果表明UGTs对afidopyropen的敏感性具有关键作用。afidopyropen暴露导致UGT343A37和UGT349A13的表达水平增加了两倍以上。通过RNA干扰（RNAi）的功能验证证实，单独抑制UGT349A13显著提高了A. craccivora对afidopyropen的敏感性。为了阐明其上游调控机制，生物信息学预测发现了靶向UGT349A13的候选miRNAs。通过喂食合成agomir-PC-5p-86205_18来验证调控功能，结果发现该物质降低了UGT349A13的转录水平，从而增加了对afidopyropen的敏感性。双荧光素酶报告基因实验进一步证实了PC-5p-86205_18与UGT349A13之间的分子相互作用。这一发现表明，PC-5p-86205_18通过转录后调控UGT349A13来影响A. craccivora对afidopyropen的敏感性。这一发现不仅加深了我们对解毒机制的理解，还为开发针对afidopyropen抗性的策略提供了潜在的分子靶点。

引言

杀虫剂抗性对全球农业生产力和可持续害虫管理构成了持续且日益严重的挑战。害虫抗性的快速进化削弱了即使是最强效化学控制手段的效果，导致重复使用杀虫剂带来的重大经济损失和环境负担（Bass等人，2014；De Rouck等人，2023；Walsh等人，2022）。蚜虫（半翅目：蚜科）以其高繁殖率、多食性和克隆繁殖能力而闻名，是极具破坏性的农业害虫之一。它们不仅直接造成植物损伤，还是许多有害病毒的传播媒介（Bass和Nauen，2023）。豇豆蚜虫Aphis craccivoraKoch是一种特别具有破坏性的害虫，能够侵染至少19个科的100多种植物，尤其是豆科作物（如豇豆、花生、豆类和苜蓿）（Billy等人，2000；Lu等人，2017；Moustafa等人，2022）。它们通过直接取食导致作物产量大幅下降，并且是30多种有害病毒的传播媒介（Damayanti等人，2010；Franz等人，2010；Ju等人，2025；Pavithran等人，2024）。因此，化学控制仍然是主要的管理策略。然而，包括有机磷、拟除虫菊酯和新烟碱类在内的杀虫剂的广泛和重复使用导致了A. craccivora种群的广泛抗性（Abd-Ella等人，2014；Fouad等人，2016；Yang等人，2020b）。这种抗性对豆科作物的生产力和可持续性构成了严重威胁，迫切需要了解其背后的分子机制。

Afidopyropen是一种新型的pyropene类杀虫剂，来源于真菌发酵产物，可作为昆虫瞬时受体潜在香草素（TRPV）通道的强效调节剂（Kandasamy等人，2017），表明其具有控制吸汁害虫（如蚜虫）的潜力。它属于IRAC分类中的9D组新pyropene化学类。其独特的作用机制针对香草素型Nanchung（Nan）-inactive（Iav）复合体，干扰昆虫的 chordotonal器官功能，从而导致昆虫迅速停止取食、麻痹并死亡（Gerwick和Sparks，2014）。由于其高选择性以及对非目标生物（包括许多有益昆虫）的微小影响，afidopyropen成为针对吸汁害虫（如蚜虫）的综合害虫管理（IPM）计划的宝贵工具（Koch等人，2020；Liu等人，2023；Peng等人，2023；Zhang等人，2023）。然而，这种杀虫剂的可持续使用正受到关键害虫物种（包括Bemisia tabaci和Aphis gossypii）进化出的抗性的威胁（Li等人，2022；Wang等人，2022）。

UDP-糖基转移酶（UGTs）现在被认为是害虫对杀虫剂产生代谢抗性的关键机制。它们通过将UDP激活的糖类与脂溶性毒素结合来进行第二阶段解毒，这是使毒素无害的关键步骤（Luque和O'Reilly，2002；Pan等人，2018；Ahn等人，2012）。在Helicoverpa armigera中，CRISPR/Cas9敲除UGT2B10显著提高了幼虫对多种杀虫剂（包括fenvalerate、deltamethrin、cyantraniliprole、acetamiprid和lufenuron）的敏感性，强调了其在杀虫剂解毒中的关键作用（Zheng等人，2024）。在Rhopalosiphum padi中，UGT344D38通过直接代谢解毒赋予了对λ-cyhalothrin的抗性（Liu等人，2024）。在Bradysia odoriphaga中，UGT36M1和UGT306K1的过表达赋予了对clothianidin的抗性（Zhang等人，2025）。

这些关键解毒基因的调控不仅限于转录激活，还涉及microRNAs（miRNAs）的转录后调控。miRNAs是长度为20–24个核苷酸的非编码RNA，它们结合到目标信使RNA（mRNAs）的3′非翻译区（3’ UTRs）的互补序列上，导致mRNA降解或翻译抑制（Bartel，2009；Flynt等人，2010）。这种精确的调控对于控制昆虫发育、生理和适应所需的各种生物过程至关重要（Shang等人，2020）。其主要功能包括协调变态过程、调控生长、管理繁殖周期、调节对病原体的免疫反应、影响行为以及应对温度变化或毒素等环境压力（Asgari，2013；Lucas和Raikhel，2013）。虽然miRNAs在调控其他主要解毒基因家族（如P450s和GSTs）中的作用已有较多研究（Niu等人，2025；Wu等人，2024），但将其与UGTs调控联系起来的证据仍然有限。鉴于UGTs在杀虫剂抗性中的重要作用，我们试图探索A. craccivora中这种未被充分研究的miRNA-UGT之间的关联，以揭示新的抗性调控机制。

本研究通过酶活性测定、协同作用生物测定、杀虫剂诱导测试和RNA干扰来研究UGTs对afidopyropen的解毒功能。此外，还研究了特定miRNAs在调节UGT表达及其参与杀虫剂耐受性方面的作用。这项研究增进了对A. craccivora解毒机制的理解，并为开发更有效的针对蚜虫的化学控制策略提供了科学基础。

实验部分

昆虫和试剂

敏感的A. craccivora品系最初于1980年在中国上海采集。该品系由中国南方农药创制中心（上海）提供，并在实验室中未经杀虫剂处理进行保存。蚜虫在25 ± 1°C的温度下、16:8的光周期条件下饲养在蚕豆（Vicia faba）幼苗上。

用于生物测定的afidopyropen（纯度98% w/w）购自GLPbio（美国加州蒙特克莱尔）；丙酮（试剂级）和二甲基亚砜

鉴定A. craccivora中的UGTs

在A. craccivora基因组中鉴定出37个编码长度超过300个氨基酸的UGT基因，这些基因被分为11个不同的家族。此外，这些UGT的序列比对证实了两个保守的预测糖结合蛋白DBR1和DBR2的存在（图S1）。

UGT酶活性和协同作用生物测定

为了研究UGTs在介导A. craccivora对afidopyropen敏感性中的作用，评估了afidopyropen暴露后的UGT酶活性。结果显示UGT活性增加了1.7倍

讨论

UGT家族是最重要的第二阶段解毒酶家族之一，在真核生物中广泛存在。关于昆虫UGTs在杀虫剂解毒中的作用的研究采用了多种方法，如UGT抑制剂、酶活性测定、基因表达变异分析和RNA干扰。大量研究表明，昆虫UGTs可能参与多种杀虫剂的代谢和解毒

CRediT作者贡献声明

杨元雪：撰写——原始草稿、方法学、研究设计、资金获取、数据整理、概念构建。王爱宇：撰写——审稿与编辑、方法学、研究设计。薛超：研究实施。赵明：撰写——审稿与编辑、概念构建。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

致谢

本研究得到了山东省自然科学基金（ZR2024MC194）和国家自然科学基金（32302355）的支持。我们非常感谢南开大学的孙华华博士在语言编辑和论文校对方面提供的专业帮助。