细胞色素P450基因CYP6B50上调介导草地贪夜蛾多杀虫剂抗性的分子机制

本研究针对草地贪夜蛾(Spodoptera frugiperda)对多种杀虫剂产生抗性的难题，通过RNAi、CRISPR/Cas9基因编辑和转基因果蝇模型，首次揭示CYP6B50基因通过代谢解毒途径介导对茚虫威(indoxacarb)、氯虫苯甲酰胺(chlorantraniliprole)、高效氯氟氰菊酯(lambda-cyhalothrin)等5类杀虫剂的交叉抗性，为抗性治理提供新靶点。

　　

在全球农业害虫防治领域，草地贪夜蛾(Spodoptera frugiperda)的肆虐已成为威胁粮食安全的重大挑战。这种被称为"行军虫"的入侵性害虫，已对47种杀虫剂活性成分产生抗性，被列为全球15大抗性节肢动物之一。尤其令人担忧的是，田间种群正加速演化出同时对多种作用机制杀虫剂的交叉抗性，使得传统化学防治手段逐渐失效。在这一背景下，解析多抗性形成的分子机制成为当务之急。

中国某研究机构的科研团队在《Journal of Advanced Research》发表重要成果，聚焦细胞色素P450(CYP450)这一关键解毒酶家族。前期转录组分析发现，CYP6B50基因在多抗性品系(MRS)中显著高表达。为验证其功能，研究团队构建了相对敏感品系(RSS)和实验室多抗性品系(MRS)，采用RNA干扰、CRISPR/Cas9基因编辑、转基因果蝇模型结合分子对接等前沿技术，系统揭示了CYP6B50作为"广谱解毒能手"的分子机制。

关键技术方法包括：通过21代室内筛选建立多抗性品系；采用实时定量PCR(qPCR)分析基因时空表达谱；利用双sgRNA引导的CRISPR/Cas9系统构建基因敲除株；建立Gal4/UAS转基因果蝇体系进行功能验证；通过高效液相色谱(HPLC)检测酶代谢活性；运用AlphaFold3预测蛋白结构并进行分子对接分析。

研究结果呈现四大发现：

1. 抗性特征分析显示MRS品系对5类杀虫剂产生22.03-29.78倍的中等水平抗性。
2. 表达谱揭示CYP6B50在六龄幼虫及中肠、马氏管等解毒组织中高表达，且能被所有测试杀虫剂诱导上调。
3. 功能验证实验表明，敲低CYP6B50使幼虫对氯虫苯甲酰胺的敏感性提高65.55%，敲除株对5类杀虫剂的敏感性增加2.38-7.57倍；而转基因果蝇过表达该基因后，对溴氰菊酯(deltamethrin)的抗性提升3.72倍。
4. 分子机制解析发现，CYP6B50与杀虫剂的结合自由能达-6.5至-9.3 kcal·mol^-1，其血红素活性中心与DCJW(茚虫威代谢物)距离仅2.4?，并通过氢键与关键氨基酸残基相互作用。

讨论部分指出，该研究首次证实CYP6B50能同时代谢作用机制迥异的5类杀虫剂，这种"一酶多能"特性使其成为抗性进化的关键分子。与近缘物种比较发现，CYP6B50在Spodoptera属中可能具有保守的解毒功能。值得注意的是，转基因果蝇体系虽验证了基因功能，但由于异源表达系统中细胞色素P450还原酶(CPR)的匹配差异，未能完全复现草地贪夜蛾体内的抗性水平。

这项研究为理解害虫多抗性进化提供了范例，CYP6B50可作为抗性监测的分子标记。未来开发特异性P450抑制剂，或能打破"抗性-加大用药量"的恶性循环，为综合治理策略提供新思路。论文通过多维度证据链证实，在杀虫剂轮用策略中，需考虑P450介导的交叉抗性风险，这对全球范围内草地贪夜蛾的抗性管理具有重要指导价值。