《Insect Biochemistry and Molecular Biology》：Generational selection, transcriptomics and functional characterization reveal the impact of environmental pollutants on the evolution of insecticide resistance in malaria vectors
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建立了An. coluzzii野外和实验室敏感品系在世代暴露于多环芳烃（PAHs）后的表型杀虫剂抗性反应。通过比较选择与非选择品系的全转录组分析，确定了PAH诱导的抗性演化/加剧的主要驱动因素。还发现通过用PAHs选择An. coluzzii，诱导并维持了杀虫
建立了An. coluzzii野外和实验室敏感品系在世代暴露于多环芳烃（PAHs）后的表型杀虫剂抗性反应。通过比较选择与非选择品系的全转录组分析，确定了PAH诱导的抗性演化/加剧的主要驱动因素。还发现通过用PAHs选择An. coluzzii，诱导并维持了杀虫剂抗性相关基因中的几个单核苷酸多态性（SNPs）/变异。成功异源表达了CYP6M4作为杀虫剂和PAH抗性的主要驱动因子，并表征了其与PAHs和拟除虫菊酯的体外和计算机模拟相互作用。
研究背景：疟疾是撒哈拉以南非洲的主要公共卫生问题，控制依赖于化学杀虫剂，如长效杀虫剂蚊帐和室内滞留喷洒。然而，杀虫剂抗性的出现和升级威胁着这些干预措施的成功。除了公共卫生和农业使用的杀虫剂，环境污染物也加剧了抗性。多环芳烃（PAHs）是广泛存在的环境污染物，已知能激活芳香烃受体（AhR），导致解毒酶过表达，可能引发对杀虫剂的交叉抗性。但PAHs如何影响疟疾媒介的杀虫剂抗性演化尚不清楚，尤其是涉及的解毒酶和分子机制。为此，研究人员开展了这项研究，旨在通过世代选择、转录组学和功能表征，揭示PAHs对疟疾媒介按蚊杀虫剂抗性演化的影响，并鉴定关键驱动基因。论文发表在《Insect Biochemistry and Molecular Biology》。
主要关键技术方法：研究人员使用尼日利亚北部Auyo的野外An. coluzzii种群和实验室敏感品系Ngousso，进行多世代PAH选择实验，暴露于芴、萘及其混合物。采用全转录组RNA测序（RNAseq）分析差异表达基因，并用qRT-PCR验证。通过异源表达（E. coli）和体外代谢实验（HPLC分析）表征CYP6M4功能，并结合同源建模和分子对接预测相互作用。
研究结果：
3.1 抗性谱和PAH耐受性：野外种群F1对拟除虫菊酯和DDT高度抗性，对马拉硫磷敏感；幼虫对萘的耐受性高于芴和荧蒽。
3.1.1 PAH选择诱导抗性动态变化：野外种群经PAH选择后，对拟除虫菊酯和DDT的敏感性逐渐增加，但第10代时选择与对照无显著差异；而萘选择在第7代对DDT抗性有增强趋势。实验室敏感品系经PAH选择后，对拟除虫菊酯和DDT的敏感性显著降低，表明PAH可诱导交叉抗性。
3.2 PAH选择改变代谢基因表达：基因集富集分析显示，过表达基因富集于转运活性、氧化还原酶活性和P450代谢途径。具体基因包括CYP6M4、CYP4C27、GSTs、UGTs和气味结合蛋白（OBPs）。
3.2.1 芴选择：野外种群过表达CYP6M4、CYP4C27及免疫基因；实验室品系过表达HSP70、CYP6N1、角质蛋白基因。
3.2.2 萘选择：野外种群过表达CYP4C27、CYP6M4；实验室品系过表达HSP70、CYP6Z1、CYP6M4。
3.2.3 混合物选择：过表达基因组合了单独选择的结果，包括组蛋白、CYP6M4、GSTs。
3.3.1 检测SNPs：选择后，GSTE4、GSTE2、CPLCG1、UGT308B2、OBP48等基因的错义突变频率显著升高，如GSTE4-Lys190Glu从3%升至49%。
3.3.2 转录验证：qRT-PCR确认CYP6M4在多个选择系中显著上调，野外种群最高达11.5倍；AhR和AHRNT也上调。
3.3.3 CYP6M4功能表征：重组CYP6M4高效代谢拟除虫菊酯（permethrin 73.8%、α-cypermethrin 72.3%、deltamethrin 96.8%），对氨基甲酸酯和PAHs代谢活性较低但产生极性代谢物。稳态动力学显示对α-cypermethrin亲和力更高（Km=2.91 μM）。
3.3.4 结构预测和对接：同源模型显示CYP6M4活性位点与拟除虫菊酯和PAHs结合，预测的代谢位点包括4′-羟基化及PAHs的C2/C3羟基化。
讨论总结：研究强调了PAHs作为环境污染物在杀虫剂抗性演化中的作用。通过世代选择，PAHs诱导了代谢基因过表达，尤其是CYP6M4，该酶能同时代谢PAHs和拟除虫菊酯，构成交叉抗性机制。研究还发现SNPs在抗性相关基因中积累，表明PAHs选择压力可固定有利突变。这些发现对理解环境污染物驱动的抗性演化具有重要意义，并为抗性管理策略（如考虑污染水平）提供了依据。
研究结论：本研究通过实验室选择实验、转录组学和功能验证，表征了持久性环境污染物PAHs在杀虫剂抗性演化/加剧中的作用。野外种群选择PAHs后，第七代后杀虫剂抗性变化不显著，而实验室敏感品系选择后抗性显著增加。普遍存在的环境污染物PAHs作为附加选择压力，通过代谢机制驱动拟除虫菊酯抗性，包括过表达能代谢PAHs和拟除虫菊酯的候选基因，其中最重要的是CYP6M4。环境中的污染水平和性质是设计抗性管理策略或部署媒介控制工具时需考虑的关键因素。
