煙堿型乙酰膽堿受體（Nicotinic acetylcholine receptors, nAChRs）是一種主要表達(dá)于昆蟲中樞神經(jīng)系統(tǒng)的五聚體配體門控陽離子通道，也是新煙堿類（neonicotinoids）和多殺菌素類（spinosyns）等重要殺蟲劑的靶標(biāo)。但是近年來，害蟲抗性和對蜜蜂的毒性問題限制了其發(fā)展并促使了砜亞胺類（sulfoximines），丁烯羥酸內(nèi)酯類（butenolides）和介離子類（mesoionics）等新一代殺蟲劑的研發(fā)。但是，這些作用于nAChR的殺蟲劑在昆蟲體內(nèi)的分子靶標(biāo)目前尚不清楚；昆蟲nAChR有幾種亞型（subtype）以及這些亞型分別又由哪些亞基（subunit）組成也不明確。1月19日，生物學(xué)知名期刊Plos Genetics在線發(fā)表了浙江大學(xué)昆蟲所黃佳教授團(tuán)隊題為“Nicotinic acetylcholine receptor modulator insecticides act on diverse receptor subtypes with distinct subunit compositions”的研究論文，從而解決了這一長期懸而未決的難題。

 

　　自第一個新煙堿類殺蟲劑吡蟲啉1991年正式上市以來，由于其能高效地防治害蟲、并對鳥類和哺乳動物低毒，到2018年這類殺蟲劑的全球市場份額占有率已高達(dá)24%。新煙堿類殺蟲劑經(jīng)過研究人員不斷進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，仍保持著強(qiáng)大的生命力。近年來，市場上又出現(xiàn)了如氟啶蟲胺腈，氟吡呋喃酮和三氟苯嘧啶等同樣作用于nAChR且結(jié)構(gòu)新穎的殺蟲劑。在昆蟲體內(nèi)，nAChR僅存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，不同的亞基組成決定了受體功能和藥理學(xué)的多樣性。由于脊椎動物的nAChR能夠在異源系統(tǒng)中表達(dá)，目前已經(jīng)基本弄清楚其不同受體亞型的亞基組合方式。但長期以來昆蟲的nAChR無法在體外實(shí)現(xiàn)功能性表達(dá)，這極大地阻礙了對殺蟲劑分子靶標(biāo)的研究。一直到2020年，才分別有日本和挪威的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在體外表達(dá)時加入3種輔助因子能夠在非洲爪蟾卵母細(xì)胞中表達(dá)功能性的nAChR。

 

　　本論文系統(tǒng)地測定了10種果蠅nAChR亞基突變體對11種nAChR調(diào)節(jié)型殺蟲劑的敏感性，同時結(jié)合了熱遺傳學(xué)和行為學(xué)的實(shí)驗。結(jié)果表明昆蟲體內(nèi)至少存在5種以上的受體亞型，分別由不同的亞基構(gòu)成，是不同類型殺蟲劑的主要分子靶標(biāo)。該發(fā)現(xiàn)為害蟲的抗性管理和基于靶標(biāo)的殺蟲劑分子設(shè)計和開發(fā)提供了理論基礎(chǔ)，也為深入研究這些nAChR調(diào)節(jié)型殺蟲劑的生態(tài)毒理學(xué)和風(fēng)險評估提供了依據(jù)。

 

　　黃佳教授為論文的通訊作者，碩士畢業(yè)生盧婉君，在讀碩士生劉芷函，范昕雨和中國農(nóng)科院茶葉所的張新忠副研究員為論文的共同一作。該論文也是黃佳教授課題組在之前對酪胺受體（Current Biology，2016），5-羥色胺受體（eLife，2016），章魚胺受體（eLife，2021）等殺蟲靶點(diǎn)研究的基礎(chǔ)上，在煙堿型乙酰膽堿受體研究上的又一項突破性成果。

 

　　https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1009920