《Scientific Reports》：Functional analysis of major detoxification gene superfamilies driving flubendiamide resistance in South Indian Tuta absoluta field populations
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本研究为应对全球性重大害虫番茄潜叶蛾因杀虫剂滥用导致的抗药性问题，针对其对新型双酰胺类杀虫剂氟苯虫酰胺产生的抗性，聚焦于三大解毒基因超家族（CYP450s、GSTs、CCEs），通过系统发育、基因表达与分子对接分析，揭示了CYP248f、TaGSTe和TaGSTd的过表达是驱动抗性的关键，为抗性监测与管理提供了潜在分子靶点。
在全球的番茄种植温室和大田中，一种名为番茄潜叶蛾（Tuta absoluta）的小型蛾子正悄然引发一场“绿色危机”。这种起源于南美的害虫，凭借其强大的繁殖和迁移能力，已迅速扩散至全球，成为番茄作物最具破坏性的害虫之一。其幼虫潜食叶片、茎秆和果实，造成严重的产量损失。长期以来，化学防治是控制其危害的主要手段，但杀虫剂的频繁和不当使用，导致番茄潜叶蛾对多种常用药剂产生了不同程度的抗药性。其中，对新型双酰胺类杀虫剂氟苯虫酰胺（flubendiamide）抗性的出现和蔓延尤为令人担忧，这不仅意味着一种高效药剂的失效，也预示着更严峻的防治挑战。为了制定有效的抗性管理策略，必须深入理解害虫产生抗性的分子机制。传统观点认为，昆虫的抗药性可能源于靶标蛋白的突变或解毒代谢能力的增强，而后者通常涉及几大类关键的解毒酶基因超家族。那么，在番茄潜叶蛾对氟苯虫酰胺的抗性中，究竟是哪些解毒基因在“暗中助力”？它们在抗性种群中如何变化？其编码的蛋白质与杀虫剂分子之间又存在怎样的相互作用？为了回答这些问题，一项针对印度南部田间抗性种群的研究由此展开。
本研究主要采用了以下关键技术方法：通过对印度Krishnagiri (KNG)地区的番茄潜叶蛾田间种群进行生物测定，评估其对氟苯虫酰胺的抗性水平；基于番茄潜叶蛾的基因序列，对细胞色素P450单加氧酶（CYP450）、谷胱甘肽S-转移酶（GST）和羧酸/胆碱酯酶（CCE）这三大解毒基因超家族进行系统发育分析；使用定量实时PCR（qRT-PCR）技术，比较抗性（KNG）种群和敏感种群在亚致死剂量（LC25）氟苯虫酰胺处理后，不同时间点（24和48小时）关键解毒基因的表达差异；最后，通过分子对接（molecular docking）模拟，分析过表达蛋白与氟苯虫酰胺分子的结合亲和力，从结构层面验证其潜在的解毒功能。
研究结果
1. 生物测定揭示高水平抗性
生物测定结果显示，来自印度Krishnagiri (KNG)地区的番茄潜叶蛾田间种群对氟苯虫酰胺表现出了高水平的抗性，这为后续从分子层面探究其抗性机理提供了明确的实验材料基础。
2. 解毒基因系统发育分析
研究人员对番茄潜叶蛾的26个解毒基因序列进行了系统发育分析，并将其与鳞翅目其他物种的相关基因进行比较。该分析有助于理解这些基因在进化上的亲缘关系，并为筛选可能与抗性相关的候选基因提供线索。
3. 关键解毒基因表达谱分析
基因表达分析是本研究的关键发现所在。qRT-PCR结果显示：
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CYP450基因：CYP248f基因在抗性幼虫中表现出显著的上调表达，尤其在氟苯虫酰胺处理后的24小时和48小时。这表明 CYP248f很可能在代谢解毒氟苯虫酰胺的过程中扮演了重要角色。
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GST基因：在谷胱甘肽S-转移酶基因家族中，TaGSTe和 TaGSTd的表达在抗性种群中显著上调。而 TaGSTs、TaGSTt和 TaGSTz则未表现出显著的表达差异。这说明GST介导的解毒途径也参与了抗性，但具有基因特异性。
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CCE基因：两个羧酸/胆碱酯酶基因 TaCCE1和 TaCCE2的表达在测试条件下没有显著变化，提示CCE在本研究所关注的抗性机制中可能作用有限。
4. 分子对接支持基因表达结果
为验证上述过表达基因的潜在功能，研究人员进行了分子对接模拟。结果显示，过表达的CYP248f、TaGSTe和TaGSTd蛋白与氟苯虫酰胺分子之间表现出较强的配体结合亲和力。这从蛋白质-配体相互作用的层面进一步支持了这些基因产物可能通过直接结合并代谢氟苯虫酰胺，从而介导昆虫抗性的假设。
研究结论与讨论
本研究通过整合种群抗性监测、基因表达分析和计算生物学模拟，系统解析了印度南部番茄潜叶蛾田间种群对氟苯虫酰胺产生高抗性的分子机制。研究得出结论，这种抗性主要由代谢解毒能力增强所驱动，而非靶标位点突变。其中，细胞色素P450单加氧酶基因 CYP248f以及谷胱甘肽S-转移酶基因 TaGSTe和 TaGSTd的过表达是关键的分子事件。这些基因的上调表达使得抗性个体能够更高效地降解或隔离氟苯虫酰胺分子，从而存活下来。分子对接的结果为这一代谢解毒假说提供了结构生物学的佐证。
这项研究的意义重大。首先，它明确了在特定地理种群中，氟苯虫酰胺抗性的主要分子基础是CYP450和GST介导的代谢解毒，这更新了我们对番茄潜叶蛾抗药性机制的认识。其次，研究鉴定出的关键基因 CYP248f、TaGSTe和 TaGSTd可作为潜在的分子标记，用于田间种群抗性水平的快速监测与早期预警，实现抗性管理的“先知先觉”。最后，这些过表达的解毒酶蛋白本身也可能成为新型杀虫剂或增效剂设计的靶点，通过抑制其活性来恢复现有杀虫剂的功效，为开发新的治理策略提供了科学依据。该研究论文发表于《Scientific Reports》，为全球范围内应对番茄潜叶蛾的抗药性挑战贡献了重要的分子层面的见解。
