综述：家蝇（Musca domestica）的杀虫剂抗性：代谢解毒机制、关键基因及其调控特性

《Current Opinion in Insect Science》：Insecticide Resistance in the House Fly ( Musca domestica): Metabolic Detoxification, Key Genes, and Regulatory Characterization

家蝇代谢抗药性机制研究综述，重点解析细胞色素P450（CYP6A1/CYP6D1/CYP6G4）、羧酸酯酶、谷胱甘肽S-转移酶和UDP-葡萄糖醛酸转移酶四大家族基因的协同调控作用，揭示G蛋白偶联受体信号通路通过调控CYP6G4表达影响多药剂抗性，并总结染色体定位和CRISPR编辑在功能验证中的应用前景。

　　

Nannan Liu | Dylan J. Brown

奥本大学昆虫学与植物病理学系，阿拉巴马州奥本市，36849

家蝇（Musca domestica）是一种全球性的害虫，对人类和牲畜的健康构成威胁，并导致动物生产系统遭受重大经济损失。大量且长期使用杀虫剂导致几乎所有主要化学类别的杀虫剂都迅速产生了抗性。本文综述了近年来关于家蝇代谢抗性分子基础的研究进展，重点介绍了四种解毒酶家族：细胞色素P450、羧酯酶、谷胱甘肽S-转移酶和UDP-葡萄糖醛酸转移酶。关键基因如和揭示了解毒途径的多基因性和相互关联性。染色体图谱分析揭示了顺式和反式调控机制，其中2号染色体成为主要的调控中心。最新研究表明，G蛋白偶联受体（GPCR）信号通路是抗性的上游调节因子，视紫红质样GPCR的过表达会提高抗性水平并增强P450的表达。此外，含有CncC/Maf结合位点插入的等位基因将GPCR信号通路与氧化应激途径联系起来，从而促进了多重杀虫剂抗性的产生。

引言

家蝇（Musca domestica）是一种普遍存在于人类和牲畜中的害虫，它不仅具有滋扰性，还是多种病原体（包括细菌、真菌和病毒）的传播媒介[1]。由于其与人类和畜牧业生产系统的紧密关联，它对公共卫生和农业生产力构成了严重威胁，每年给美国相关产业造成近10亿美元的损失[2]。长期以来，家蝇的控制主要依赖于文化措施、生物防治方法和化学药剂相结合的手段，包括卫生管理、粪便处理、生物控制剂以及诱饵制剂[2]。然而，杀虫剂仍然是全球控制家蝇的主要手段，其广泛使用加速了抗性的快速和反复出现[2, 3, 4, 5]。

家蝇的抗性历史悠久且记录详尽；首例对DDT的抗性案例出现在1947年，距离该杀虫剂被引入仅几年时间[6]。此后，家蝇对有机磷类、氨基甲酸酯类、拟除虫菊酯类、新烟碱类、斯皮诺辛类、氟虫腈类以及最近发现的异噁唑啉类和吡咯类杀虫剂都产生了抗性[1, 4, 7, 8, 9, 10, 11*（表1）。抗性的机制包括代谢解毒（本文综述中进行了总结）、作用位点不敏感[3]、角质层穿透能力下降[12]以及行为回避[13]。其中，作用位点的抗性与拟除虫菊酯类杀虫剂的关系最为密切，主要与电压门控钠通道（VGSC）基因的突变有关。经典的突变（例如L1014F和 L1014H）会降低通道的敏感性，而突变（例如M918T与L1014F的组合）则显著增强抗性。最新的人口调查显示，野外种群中存在多种VGSC抗性等位基因，其中包括一种位于互斥外显子17a中的新型超突变，进一步丰富了家蝇钠通道变异的结构多样性[14]。功能分析表明，抗性的程度取决于特定等位基因的组合及其在通道蛋白内的结构相互作用[15]。这些发现共同凸显了家蝇作用位点抗性的进化可塑性。虽然当杀虫剂压力消失时，由于适应性成本的影响，生理抗性可能会减弱，但行为抗性即使在没有持续选择的情况下也能在几代之内持续存在[13, 16, 17]。然而，与已充分研究的解毒酶和作用位点突变相比，与角质层抗性和行为抗性相关的分子机制和基因在家蝇中的具体作用仍不清楚。

几个特征使得家蝇成为了一个强大的模型系统。早期的遗传学研究使用具有所有五个常染色体上隐性突变的标记品系，从而能够将抗性性状定位到特定的染色体上[18]。近年来，参考基因组、转录组数据集和功能基因组学工具的出现为在分子水平上解析抗性提供了更多机会[19, 20]。这些资源共同使得家蝇成为杀虫剂抗性研究中的“经典物种”——一种经济上重要的害虫，其抗性通常比其他昆虫更早出现[1, 20, 21]。这篇简短综述总结了近年来对家蝇杀虫剂抗性分子机制的理解进展，重点介绍了关键的代谢解毒基因及其调控机制，特别是作为P450表达新型调节因子的GPCR信号通路[22*, 23**]。

章节摘录

家蝇（Musca domestica）的代谢解毒

代谢解毒是家蝇抗杀虫剂作用中最被广泛研究的机制，主要由四种酶家族介导：细胞色素P450单加氧酶（CYPs）、羧酯酶（CCEs）、谷胱甘肽S-转移酶（GSTs）和UDP-葡萄糖醛酸转移酶（UGTs）。基因组学的研究发现，抗性品系中这些解毒基因的表达水平显著升高（表2）；本文重点介绍了经过功能验证的例子。

基因过表达与杀虫剂抗性中的调控相互作用

在家蝇中，杀虫剂抗性是由多个解毒基因的协同调控引起的，而非单一基因位点的作用结果。遗传学和转录组学研究表明，信号通路和转录因子共同激活P450s、CCEs和GSTs，从而将代谢解毒过程与更广泛的基因网络联系起来。

结论性评论

尽管关键的解毒基因和信号通路已经得到了广泛研究，但关于家蝇代谢抗性的大多数证据仍然只是相关性研究，主要基于基因表达差异而非直接的功能验证。扩大CRISPR/Cas9编辑技术、转基因表达系统以及体外代谢测定的应用将有助于阐明解毒基因的功能及其调控层次结构。这些方法已经得到了充分的发展...

资助

本项目得到了以下奖项的支持：AAES Hatch/Multistate Grants ALA015-1-16009、ALA015-1-19148（资助NL）。

CRediT作者贡献声明

NL：概念提出、初稿撰写、审稿与编辑。DJB：初稿撰写、审稿与编辑。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究结果的财务利益或个人关系。

致谢

作者感谢奥本大学农业学院的支持。