氯虫酰胺对摇蚊幼虫的毒性效应与PaHsp70介导的应激防御机制研究

《Animals》：Integrated Time-Series Biochemical, Transcriptomic and Metabolomic Analyses Reveal Key Pathways and Concentration-Dependent Transitions in Chironomid Larvae (Propsilocerus akamusi) Under Chlorantraniliprole Stress

　　

简要摘要

摇蚊是最丰富和多样的淡水昆虫之一，作为污染指示物和淡水食物网的关键组成部分具有重要价值。农业中农药的广泛使用引发了对其对水生生物影响的严重关切。为了应对这一挑战，我们研究了在环境相关浓度下，一种常见杀虫剂氯虫酰胺(CAP)对摇蚊幼虫的影响。我们的发现表明，低剂量的CAP触发了幼虫的保护机制，如解毒和蛋白质修复系统，以应对压力。然而，高剂量则压倒了这些防御机制，破坏了能量产生，导致了严重的细胞压力，最终导致死亡。我们鉴定出了一种关键蛋白PaHsp70，该蛋白对于幼虫在杀虫剂暴露下的生存至关重要。当其表达显著降低时，幼虫变得更加脆弱。这些发现揭示了摇蚊应对环境农药胁迫的适应策略，并强调了保护这些动物及其淡水栖息地免受农业污染的紧迫性。

摘要

摇蚊是丰富的水生大型无脊椎动物，对污染物的耐受性已知，但氯虫酰胺(CAP)的分子效应仍不清楚。在本研究中，我们将Akamusi摇蚊幼虫暴露在CAP的LC₁₀和LC₅₀浓度下，分别在48小时和144小时采样，并整合了生化测定、代谢组和转录组学来描绘应激反应。我们的结果表明，CAP升高了抗氧化酶和蛋白质羰基含量，表明发生了严重的氧化反应，尤其是在LC₅₀浓度下。在48小时时，LC₁₀激活了JNK介导的抗氧化和药物代谢途径，而LC₅₀则改变了糖酵解、辅因子生物合成和脂肪酸代谢。在144小时时，LC₁₀富集了蛋白酶体和氧化磷酸化途径；分子伴侣PaHsp70和PaHsp90分别上调了4.14倍和2.08倍，并与脂质和碳水化合物代谢物呈负相关，表明代谢向蛋白质修复方向转变。相比之下，LC₅₀ CAP触发了内质网中的蛋白质加工和TCA循环失调，PaCalreticulin的上调与能量危机标志物相关，反映了严重的能量崩溃。在敲低PaHsp70后，暴露在LC₁₀和LC₅₀ CAP中的摇蚊幼虫的存活率分别从80.8%显著下降到65.8%，以及从43.3%下降到28.3%。总体而言，我们的结果揭示了低浓度CAP触发了早期解毒，随后通过蛋白酶体和Hsp介导的策略维持蛋白质稳态，而高浓度则直接扰乱了核心代谢，最终导致摇蚊幼虫的能量崩溃和致命性内质网应激。这些发现为CAP对水生昆虫的慢性效应提供了机制性见解。