近日，一项关于农业害虫杀虫剂抗性演化的研究在国际学术期刊《Current Biology》在线发表。研究以全球重要农业害虫桃蚜（Myzus persicae）为对象，揭示了害虫过去形成的代谢适应如何放大后来出现的靶标突变效应，从而促进对新型杀虫剂氟啶虫酰胺的高水平抗性演化。论文题为″Historical metabolic adaptation potentiates the rapid evolution of flonicamid resistance in Myzus persicae″。
新型杀虫剂为何也会迅速遭遇抗性？
氟啶虫酰胺是一种对蚜虫等刺吸式害虫具有选择性活性的杀虫剂，能够迅速抑制害虫取食。它在欧盟于2010年后投入使用时，对已对多种传统杀虫剂产生抗性的桃蚜仍保持良好防效。
然而，2018年，研究人员在西班牙东北部采集到一个对氟啶虫酰胺表现出显著抗性的桃蚜种群SpSSA。生物测定显示，其抗性倍数达到91.8倍。一个关键问题由此产生：一种使用时间相对较短的杀虫剂，为何会如此迅速地遭遇高水平抗性？传统观点通常关注杀虫剂施用后新产生并受到选择的抗性突变。本研究则提出，害虫的″进化历史″同样可能决定其应对新杀虫剂的能力——过去的适应性变化，可能已经提前为未来的抗性演化准备了适宜的遗传背景。
过去形成的代谢适应，带来了隐蔽的耐受性
研究人员首先分析了在氟啶虫酰胺推广前采集的9个桃蚜种群。结果发现，部分种群已经对氟啶虫酰胺表现出一定程度的耐受性。转录组比较进一步锁定了两个细胞色素CYP6CY3和CYP6CY4基因。这两个基因的扩增或高表达原本与桃蚜对烟草中烟碱等植物次生代谢物的适应以及对部分早期杀虫剂的抗性有关，而且早在氟啶虫酰胺投入使用之前便已广泛存在。
体外酶学、质谱分析和转基因果蝇实验表明，CYP6CY3和CYP6CY4能够与氟啶虫酰胺及其活性代谢物TFNA-AM发生相互作用，并为携带这些代谢机制的昆虫提供可检测但相对有限的保护。这意味着，过去由寄主植物化学防御和其他杀虫剂选择形成的代谢适应，无意中赋予了桃蚜对氟啶虫酰胺的″隐性耐受″。这种耐受本身通常不足以造成田间高水平抗性，却构成了一个有利于后续抗性增强的遗传背景。
新出现的Naam靶标突变降低了杀虫剂敏感性
仅靠CYP6CY3和CYP6CY4的高表达，无法解释SpSSA种群接近100倍的抗性。研究人员因此进一步分析了氟啶虫酰胺活性代谢物TFNA-AM的分子靶标，烟酰胺酶Naam基因(Qiao et al., 2022)。在SpSSA种群中，研究人员发现了一个此前未报道的非同义突变NaamV251I，即Naam蛋白第251位氨基酸由缬氨酸变为异亮氨酸。对120多个采集全球各地，具有不同遗传背景的桃蚜种群进行比较后(Singh et al., 2021)，发现该突变仅在高抗SpSSA种群中被发现。结构预测显示，V251位点靠近TFNA-AM结合区域。体外酶学实验进一步表明，V251I突变显著降低了Naam对TFNA-AM抑制作用的敏感性：抑制剂半数抑制浓度IC₅₀由0.76 μM升高至14.67 μM。研究团队随后利用CRISPR-Cas9基因编辑，将对应突变导入果蝇Naam基因。携带该突变的果蝇对氟啶虫酰胺和TFNA-AM的抗性分别提高约9.1倍和9.5倍，直接证明NaamV251I能够通过降低靶标敏感性产生抗性。
图注：历史代谢适应促进桃蚜氟啶虫酰胺高水平抗性的演化。
在氟啶虫酰胺投入使用前，由植物次生代谢物及历史用药选择形成的CYP6CY3/CYP6CY4高表达，为桃蚜提供了较弱的预适应性耐受。氟啶虫酰胺使用后，新出现的NaamV251I突变降低了靶标对活性代谢物TFNA-AM的敏感性。既有代谢背景与新靶标突变相结合，产生了远高于任一单独机制的抗性表型。
″旧背景″与″新突变″共同产生更强抗性
研究最关键的发现来自两类抗性机制的组合。当Naam突变与CYP6CY3或CYP6CY4高表达分别存在时，它们都只能产生有限或中等程度的抗性；但当研究人员在同一遗传背景中将二者组合后，果蝇对氟啶虫酰胺的抗性分别提高约19.9倍和23倍，明显超过任何单一机制产生的效应。因此，桃蚜过去形成的P450代谢背景并非简单增加了一项独立的抗性机制，而是显著放大了后来Naam靶标突变的表型效应。其可能的生物学解释是：P450介导的代谢或截留作用降低了到达靶标位置的有效药剂剂量，而Naam突变又进一步降低了靶标对TFNA-AM的敏感性，两道防线共同形成了高水平抗性。这一结果展示了″历史偶然性″或″历史依赖性″在害虫抗药性演化中的具体作用：一个新突变能产生多大的适应性收益，不仅取决于突变本身，也取决于它出现时所处的遗传背景。
从发现抗性机制，走向预测抗性演化
本研究表明，新杀虫剂的抗性风险不能只根据″是否已经存在直接靶标突变″进行判断。害虫种群中由寄主适应、环境毒物和历史用药形成的代谢变异，可能已经缩短了其演化出高水平抗性所需的距离。因此，在新型杀虫剂投入使用前，系统调查害虫种群中已有的代谢适应背景，特别是P450基因扩增和高表达的分布，可能有助于更准确地识别抗性高风险种群，并制定更具前瞻性的轮换、混用和区域化抗性治理方案。
值得注意的是，本研究中的自然高抗表型来自一个田间桃蚜种群。研究结果证明了P450代谢背景能够放大Naam突变的抗性效应，但并不意味着NaamV251I只能在P450高表达背景上产生或受到选择。未来仍需通过更广泛的田间种群监测和实验演化研究，检验这一机制组合在不同地区出现的频率及其演化顺序。总体而言，该研究把桃蚜的历史寄主适应、既有代谢抗性和新型靶标突变连接为一个完整的演化框架，为理解害虫为何能够迅速突破新型杀虫剂提供了新的解释，也为杀虫剂抗性风险评估和可持续害虫治理提供了重要启示。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cub.2026.07.064
来源: 公众号：昆虫小学生