ATP结合盒转运蛋白的组成性过表达促进了Spodoptera frugiperda对苯甲酸埃玛菌素的抗性

《Pesticide Biochemistry and Physiology》：Constitutive overexpression of ATP-binding cassette transporters contributes to emamectin benzoate resistance in Spodoptera frugiperda

中国秋粘虫（Spodoptera frugiperda）对乙基多杀菌素（emamectin benzoate）存在中度抗药性，实验室选育的高抗性菌株显示与阿维菌素（abamectin）存在高交叉耐药性。转录组测序和实时定量PCR分析表明，ABCD2、ABCC2、ABCG20a和ABCB1四个ABC转运蛋白基因在耐药性中持续过表达。RNA干扰介导的基因沉默显著降低耐药性，分子对接证实乙基多杀菌素直接与这些转运蛋白结合。本研究明确了ABC转运蛋白在秋粘虫乙基多杀菌素耐药机制中的作用，为可持续害虫管理提供依据。

　　

王丛赛|王志坤|李京东|子云坤|黄慧玲|白斌瑞|陈凯毅|王静|陈宏松|谭慧华|毛凯凯

中国广西大学农学院农业环境与农产品安全重点实验室，南宁，广西530004

摘要

苯甲酸阿维菌素是一种用于控制Spodoptera frugiperda（一种极具破坏性的农业害虫）的关键杀虫剂。然而，抗性的出现经常导致防治失败。监测S. frugiperda种群中的杀虫剂抗性并阐明其背后的遗传机制对于制定明智的害虫管理决策和有效的抗性管理策略至关重要。本研究显示，来自中国的六个S. frugiperda野外种群已经对苯甲酸阿维菌素产生了中度抗性，抗性比率（RR）介于19.05至67.14之间。在实验室筛选出的苯甲酸阿维菌素抗性菌株中（RR = 255.71），观察到苯甲酸阿维菌素与阿维菌素之间存在高度的交叉抗性（RR = 22.45），而与茚虫威、氯虫腈、氟虫腈或氰虫腈的交叉抗性水平较低（RR < 2.05）。协同作用生物测定表明，ATP结合盒（ABC）转运蛋白可能参与了苯甲酸阿维菌素的抗性形成。整合转录组测序和定量实时PCR分析显示，ABCD2、ABCC2、ABCG20a和ABCB1在抗性菌株和野外采集的种群中均呈持续过表达。使用针对ABCD2、ABCC2、ABCG20a和ABCB1的dsRNA进行RNA干扰实验显著提高了S. frugiperda对苯甲酸阿维菌素的敏感性。分子对接研究证实，苯甲酸阿维菌素直接与这些ABC转运蛋白结合，突显了它们在代谢抗性中的作用。总之，本研究阐明了中国S. frugiperda中苯甲酸阿维菌素抗性的现状，并确定了四种ABC转运蛋白对抗性发展的贡献。这些发现为可持续害虫管理和控制策略的制定提供了科学依据。

引言

草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda（J. E. Smith）是一种极具破坏性和经济重要性的害虫，联合国粮食及农业组织已对其发布了全球警报（Li等人，2024年；Tay等人，2023年；Balakrishnan等人，2025年）。自2018年12月首次入侵中国以来，该物种迅速扩散到多个省份，对主要农作物的生产构成了严重威胁（Sun等人，2021年）。因此，有效管理S. frugiperda对于保障国家粮食安全和维护国家经济的关键组成部分的稳定性至关重要（Song等人，2021年；Zhang等人，2024a）。目前，化学控制仍然是缓解虫害的主要策略（Zhang等人，2021年；Zeng等人，2025年）。然而，由于入侵中国的种群起源于美洲的热带和亚热带地区，它们对多种类别的杀虫剂（包括拟除虫菊酯、有机磷和氨基甲酸酯）产生了不同程度的抗性（Zhang等人，2021年；Mao等人，2023年；Zeng等人，2025年）。在这种情况下，苯甲酸阿维菌素（EB）作为一种高效、半合成的阿维菌素类杀虫剂，因其强大的生物活性、低哺乳动物毒性和最小的环境持久性而受到广泛认可（Muraro等人，2022年；Lin等人，2025年；Sun等人，2025年）。它对多种鳞翅目害虫表现出一致的有效性，被推荐作为S. frugiperda管理的首选方案（Zhang等人，2024b）。然而，长期和反复使用苯甲酸阿维菌素可能会施加强烈的选择压力，促进高抗性的发展，实际上已经观察到田间效果下降（Muraro等人，2022年）。在缺乏新的化学控制剂的情况下，通过积极的抗性管理来延长现有工具的操作寿命和有效性仍然是一个关键挑战（Tay等人，2023年；Nayak等人，2025年）。因此，持续监测S. frugiperda野外种群对苯甲酸阿维菌素的敏感性对于基于证据的害虫控制决策和支持可持续抗性管理策略的制定至关重要。

昆虫可以通过多种机制发展出对苯甲酸阿维菌素的抗性，其中靶标位点不敏感性和增强的代谢解毒是主要机制（Li等人，2023年；Shi等人，2025年）。γ-氨基丁酸（GABA）和谷氨酸门控氯通道（GluCls）被广泛认为是昆虫中苯甲酸阿维菌素的主要分子靶标（Liu等人，2021年；Wang等人，2023a）。越来越多的证据表明，GluCl和GABA受体亚基中的特定点突变与阿维菌素和环烯类杀虫剂的抗性有关（Wolstenholme和Rogers，2005年；Feyereisen等人，2015年）。关于代谢抗性，其背后的机制在不同物种之间存在显著差异。在某些抗性种群中，已记录到细胞色素P450单加氧酶（P450s）和谷胱甘肽S-转移酶（GSTs）活性的升高（Shahzad Afzal和Shad，2015年；Stavrakaki等人，2022年）。例如，在Pieris rapae中，CYP6AE120和PrGSTS1的过表达与苯甲酸阿维菌素的解毒有关（Aioub等人，2024年），而在Spodoptera exigua中，CYP9A186的上调赋予了抗性（Zuo等人，2021年）。最近的研究表明，CYP9A32和GSTe2的表达增加有助于S. frugiperda的苯甲酸阿维菌素抗性（Lin等人，2025年；Sun等人，2025年）。相比之下，家蝇的协同作用测定表明代谢酶在其对苯甲酸阿维菌素的抗性中起的作用很小（Khan等人，2016年）。研究还表明，代谢解毒对S. frugiperda的苯甲酸阿维菌素抗性只有轻微的贡献，并提出抗性受多种遗传因素调控（Muraro等人，2021年）。昆虫对外来物质的解毒通常通过多种解毒酶和转运蛋白的三个阶段进行（Jin等人，2019年；Chen等人，2025年）。然而，S. frugiperda中苯甲酸阿维菌素解毒的其他潜在机制尚不清楚，需要进一步研究。

据报道，ATP结合盒（ABC）转运蛋白调节昆虫中大环内酯类杀虫剂的吸收、分布和消除（Amezian等人，2024年；Chen等人，2025年）。例如，在Spodoptera exigua中，SeABCB1和SeABCB9参与了苯甲酸阿维菌素的转运或代谢处理（You等人，2025年）。TuMRP1的表达水平与Tetranychus urticae对阿维菌素的敏感性密切相关（Wu等人，2023年）。在Cydia pomonella中，ABC基因CPOM19553的高表达可能有助于阿维菌素的解毒和代谢（Ju等人，2022年）。ABCC2和Pgp1已被证明在降低Helicoverpa armigera对阿维菌素的敏感性方面起重要作用（Xiao等人，2016年）。在Spodoptera exigua中，敲除ABCB1显著增强了其对阿维菌素和苯甲酸阿维菌素的敏感性（Zuo等人，2018年）。此外，在S. frugiperda中的研究表明，ABC转运蛋白基因可被苯甲酸阿维菌素诱导，导致Sf9细胞对苯甲酸阿维菌素的耐受性（Wang等人，2025年）。然而，抗性种群中ABC转运蛋白基因的持续差异表达程度及其在介导S. frugiperda苯甲酸阿维菌素抗性中的功能作用仍不完全清楚，需要进一步研究。

为了进一步阐明S. frugiperda中对苯甲酸阿维菌素抗性的ABC转运蛋白介导的分子机制，本研究建立了一个苯甲酸阿维菌素抗性菌株和一个相应的敏感菌株，并对其对五种其他杀虫剂的交叉抗性进行了表征。随后对两种菌株进行了协同作用测定，并使用RNA-seq进行了ABC基因表达的转录组分析。结合RT-qPCR验证，确定了四个在实验室筛选和野外来源的抗性种群中均持续过表达的ABC基因。通过RNA干扰（RNAi）介导的基因沉默研究了这些基因在介导苯甲酸阿维菌素抗性中的功能作用，并通过分子对接模拟分析了编码蛋白与苯甲酸阿维菌素之间的潜在相互作用。这些发现有助于更深入地理解S. frugiperda中ABC转运蛋白介导的抗性机制，并为开发更有效的综合害虫管理和杀虫剂抗性管理策略提供了理论基础。

章节片段

昆虫菌株

S. frugiperda的敏感菌株（SS）于2019年在云南 Ruili 收集。该菌株用于建立苯甲酸阿维菌素的敏感性基线，并且六年来未接触任何杀虫剂。从云南普洱（YNPE）、海南海口（HNHK）、广西崇左（GXCZ）、浙江宁波（ZJNB）、江西赣州（JXGZ）和广东湛江（GDZJ）收集了六个S. frugiperda野外种群（图1，表S1）。SS菌株和

S. frugiperda野外种群的苯甲酸阿维菌素抗性演变

使用全剂量-反应饮食叠加生物测定法评估了2025年从中国六个省份收集的六个S. frugiperda野外种群对苯甲酸阿维菌素的敏感性。结果表明，2025年，中国各地的S. frugiperda野外种群对苯甲酸阿维菌素产生了中度抗性，LC₅₀值介于0.40 mg/L至1.41 mg/L之间。其中，GDZJ的抗性水平最高（RR = 67.14倍），

讨论

目前，已经记录了多种鳞翅目物种对苯甲酸阿维菌素产生抗性的风险，包括Plutella xylostella、Spodoptera litura、S. exigua和H. armigera（Li等人，2023年；Oplopoiou等人，2024年；Shi等人，2025年；You等人，2025年）。因此，了解这种害虫野外种群的抗性谱对于指导有效的控制措施和抗性管理策略至关重要（Wang等人，2023a；Zeng等人，2025年）。在

CRediT作者贡献声明

王丛赛：撰写——原始草稿、资源、方法学、数据管理。王志坤：可视化、验证、软件、数据管理。李京东：监督、正式分析、数据管理。子云坤：资源、调查、正式分析。黄慧玲：可视化、软件。白斌瑞：正式分析、数据管理。陈凯毅：方法学、调查。王静：监督、调查。陈宏松：验证、监督。谭慧华：撰写——审阅与编辑，

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（32202352）、广西自然科学基金项目（2025GXNSFBA069002）和广西农业环境与农产品安全重点实验室（GKLAEAPS2024-01）的资助。