研究人員開發(fā)了監(jiān)測農(nóng)藥抗性的基因組方法

農(nóng)民依靠殺蟲劑來控制農(nóng)業(yè)害蟲。但是昆蟲通常會對殺蟲劑中的毒素產(chǎn)生抗藥性。馬里蘭大學(xué)的研究人員已經(jīng)開發(fā)并成功地測試了一種策略，利用基因組學(xué)來監(jiān)測和識別對特定毒素的早期耐藥性，遠(yuǎn)在它成為一個普遍問題之前。這項工作將使農(nóng)民能夠減輕抗藥性并延長蟲害管理工具的有效性。

這項研究發(fā)表在2024年3月18日的《美國國家科學(xué)院院刊》上。

馬里蘭大學(xué)昆蟲學(xué)副教授、該研究的資深作者梅根·弗里茨(Megan Fritz)說:“全球糧食安全和公共衛(wèi)生保護(hù)依賴于有效管理害蟲的策略，但就目前而言，許多對農(nóng)業(yè)和公共衛(wèi)生具有重要意義的害蟲的抗藥性進(jìn)化速度超過了我們發(fā)現(xiàn)管理它們的新技術(shù)的速度?！薄拔覍@項研究感到非常興奮，因為我們正在開發(fā)使用基因組方法來監(jiān)測和管理任何系統(tǒng)中的耐藥性的框架?！?/p>

多年來，農(nóng)民一直在種植含有天然化學(xué)物質(zhì)的玉米，這些化學(xué)物質(zhì)對人類無害，但對許多害蟲有毒，包括被稱為玉米耳蟲的貪婪、破壞作物的毛毛蟲。但是玉米耳蟲已經(jīng)對其中一些毒素產(chǎn)生了廣泛的抗性，目前還不清楚農(nóng)民如何延長剩余毒素的效力，這主要是因為很難在為時已晚之前監(jiān)測和識別新出現(xiàn)的抗性。

在2021年的一篇論文中，弗里茨和她的團(tuán)隊表明，基因組工具可以用來檢測玉米耳蟲中抗性進(jìn)化的跡象，而這種昆蟲能夠在管理作物中造成廣泛的失敗。但是該團(tuán)隊使用的方法更適合于研究，而不是廣泛用于農(nóng)業(yè)，因為他們需要兩個單獨(dú)的實(shí)驗來區(qū)分與毒素抗性相關(guān)的基因組變化與與環(huán)境變化等其他因素相關(guān)的基因組變化。

在這項研究中，研究人員修改了他們的策略，并確定了對多種被稱為Bt毒素的毒素產(chǎn)生抗性的特定基因組變化。玉米耳蟲已經(jīng)對三種Bt毒素Cry1Ab和Cry1F中的兩種產(chǎn)生了很大的抗性。第三種毒素被稱為Vip3A，是唯一一種對玉米耳蟲有效的Bt毒素。

為了測試他們的新策略，研究人員首先對從只表達(dá)單個Cry毒素的玉米中收集的玉米耳蟲的基因組進(jìn)行了測序，并將其與從不表達(dá)毒素的玉米中收集的玉米耳蟲進(jìn)行了比較。

他們發(fā)現(xiàn)，僅在接觸一代毒素后，就可以檢測到對毒素抗性的基因組特征。研究小組還發(fā)現(xiàn)了可以解釋毒素抗性的特定基因突變。這些基因編碼的消化酶可以將Cry毒素切成小塊，也許可以防止它們殺死毛毛蟲。

Fritz和她的團(tuán)隊隨后使用相同的基因組測序方法來鑒定從玉米中收集的表達(dá)Vip3A毒素的玉米耳蟲的變化。他們不僅發(fā)現(xiàn)了對Vip3A出現(xiàn)耐藥性的早期預(yù)警信號，而且還描述了預(yù)防耐藥性的常見策略實(shí)際上如何促進(jìn)Vip3A的耐藥性。

不表達(dá)Bt的玉米通常種植在Bt玉米附近，這樣玉米耳蟲就有了一個躲避Bt毒素的避難所。認(rèn)為以非bt玉米為食的玉米耳蟲不會暴露于Vip3A，從而保持其對Vip3A的易感性。這將使易感玉米耳蟲比抗性玉米耳蟲存活并大量繁殖。他們的想法是，這種策略可以防止或減緩玉米耳蟲種群中抵抗力的積累。

然而，弗里茨的研究小組發(fā)現(xiàn)，種植在四行Bt玉米內(nèi)的非Bt玉米表達(dá)了一定程度的Bt毒素，包括Vip3A。這可能是由于風(fēng)媒傳粉導(dǎo)致Bt花粉落在非Bt玉米上。隨著它們的生長，一些非bt種子被“污染”并表達(dá)Vip3A毒素。該團(tuán)隊的研究結(jié)果表明，將非Bt玉米與Bt玉米間種以防止抗性，有時被稱為“種子混合避難所”，實(shí)際上可能使毛毛蟲暴露于低水平的Vip3A，并加速Vip3A抗性的出現(xiàn)。

弗里茨的研究表明，真正的抗性預(yù)防可能需要改變策略，包括如何種植Bt玉米，以及如何監(jiān)測抗性。這項研究提供了一個基因組測試框架，用于監(jiān)測未來耐藥性預(yù)防的成功。

來源：AAAS

鄰二氯苯（o-Dichlorobenzene，化學(xué)式：C6H4Cl2）是一種有機(jī)化合物，屬于二氯苯類化合物。以下是鄰二氯苯的一些化學(xué)性質(zhì)：

1. 物態(tài)：鄰二氯苯為無色液體，具有特殊的芳香味道。

2. 溶解性：鄰二氯苯有較好的溶解性，可溶于有機(jī)溶劑如醇、醚和苯等，但在水中溶解度較低。

3. 穩(wěn)定性：鄰二氯苯相對比較穩(wěn)定，在常溫下不易分解，不易被空氣氧化。

4. 反應(yīng)性：鄰二氯苯在一些反應(yīng)中表現(xiàn)出以下特性：

   - 親電取代反應(yīng)：鄰二氯苯可通過親電試劑引發(fā)取代反應(yīng)。例如，與臭氧反應(yīng)可生成鄰二氯苯臭氧加合物。

   - 鄰位取代反應(yīng)：與少數(shù)條件下的親核試劑體系，鄰二氯苯的氯原子可被取代，發(fā)生鄰位取代反應(yīng)。

5. 毒性：鄰二氯苯對人體是有毒的，可能對中樞神經(jīng)系統(tǒng)、肝臟和腎臟產(chǎn)生不良影響。因此，在使用過程中要注意安全防護(hù)。

需要注意的是，鄰二氯苯是一種揮發(fā)性有機(jī)化合物，容易產(chǎn)生蒸汽，所以在處理和操作時需要提供良好的通風(fēng)條件。同時，避免與強(qiáng)氧化劑、酸性物質(zhì)等發(fā)生反應(yīng)，以免引起危險。