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昆虫毒理学实验室

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【Science of The Total Environment】沈阳农业大学杨雪清教授团队在重大农业害虫苹果蠹蛾入侵机制研究方面取得新进展

近日,沈阳农业大学植物保护学院杨雪清教授团队在环境科学与生态学一区Top期刊Science of The Total Environment(IF:9.8)在线发表了题为“Quercetin stimulates an accelerated burst of oviposition-based reproductive strategy in codling moth controlled by juvenile hormone signaling pathway ”的最新研究成果。

作为五大全球环境问题之一,外来入侵物种对本地生态系统、公共健康和地区经济构成严重威胁。因此,外来有害生物入侵是所有国家关注的热门问题。面对日益严重的生物入侵问题,学术界提出了“资源机会假说”、“表型可塑性”、“遗传变异”、“天敌释放假说”、“内在优势假说”等近30种不同的假说,以阐明过去50多年来入侵物种成功定殖的原因。然而,借助任何单一假说均难以阐明外来物种的入侵机制。目前普遍认可的观点是,外来物种成功入侵主要归因于其在形态学、生理学、生态学、遗传学和行为学等方面的优势特征,即所谓的“内在优势假说”。已有研究表明,繁殖能力和对环境的强适应能力有利于入侵害虫成功入侵。然而,何种内在优势促使果树上的入侵害虫在与其他物种的相互作用中成功入侵并占据主导地位尚不清楚。

本研究报道了全球农业重大入侵害虫苹果蛾(Cydia pomonella)采用了独特的繁殖策略应对寄主水果中的植物防御物质槲皮素胁迫。通过对成虫种群动态和蛀果率的监测,证实了入侵物种苹果蠹蛾和同属于卷蛾科的土著种梨小食心虫(Grapholita molesta)之间存在种间竞争关系。苹果蛾能够占据空缺的生态位,以确保其种群增长。槲皮素对苹果蠹蛾和梨小食心虫的繁殖能力和种群增长产生了截然不同的影响:槲皮素对梨小食心虫的繁殖力和种群增长有促进作用,对苹果蠹蛾有抑制作用。然而,在槲皮素胁迫下,苹果蛾能够通过采用“加速爆发”产卵策略来迅速增长其种群大小,且每个个体在繁殖中的贡献高于对照组。进一步研究发现,槲皮素对苹果蠹蛾产卵的影响是通过调节保幼激素(JH)信号通路来实现的,从而使其优先保证生存。槲皮素则可能通过调节JH的滴度及MetKr-h1等保幼激素关键基因的表达水平,上调生殖相关基因VgVgR的表达水平,增强了梨小食心虫的生殖适合度。相比之下,苹果蠹蛾的JH滴度、保幼激素和生殖关键基因的表达水平均被抑制。上述研究结果表明,苹果蠹蛾借助繁殖策略方面的内有优势,使其在植物防御物质胁迫下与同域近缘种梨小食心虫的种间竞争中不落下风,以理解苹果蠹蛾全球扩散机制提供了新视角。

槲皮素驱动苹果蠹蛾和梨小食心虫种群发展的工作模型

沈阳农业大学植物保护学院博士研究生白冰、已毕业硕士研究生张世攀为论文共同第一作者,杨雪清教授为论文通讯作者,李玉婷讲师及高萍副教授参与了此项研究。本研究得到了国家重点研发计划项目(2021YFD1400200)和国家自然科学基金项目(32272588)的资助。

论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969723082736

【Pest Management Science】沈阳农业大学杨雪清教授团队在苹果蠹蛾绿色防控方面取得新进展

近日,沈阳农业大学杨雪清教授团队在农林科学一区Top期刊Pest Management Science上在线发表题为“Side effects of X-ray irradiation on flight ability of Cydia pomonella moth”的最新研究成果。

                                                                

苹果蠹蛾Cydia pomonella属鳞翅目卷蛾科,是我国农业重大入侵物种,对我国环渤海湾和黄土高原苹果优势产区水果安全生产造成严重威胁。目前,苹果蠹蛾防控主要依赖化学杀虫剂的使用,但频繁使用杀虫剂导致抗药性问题突出。在加拿大,昆虫不育技术(Sterile Insect Technique, SIT)已被证明是控制苹果蠹蛾的有效害虫防治措施。团队前期研究明确了X-射线辐照苹果蠹蛾的最适蛹日龄、不育和亚不育辐照剂量,并发现在不育剂量366 Gy辐照后,苹果蠹蛾雄成虫交配竞争力明显受损,可能与其飞行能力下降有关。 

在本项研究中,我们首先测定了苹果蠹蛾雌、雄成虫的飞行节律。研究结果显示,在羽化后不同日龄,雌、雄成虫间的平均飞行速度存在显著差异,雌蛾的飞行时间更长,飞行距离更远。由于SIT主要释放雄蛾,因此我们进一步评价了X-射线辐照对3日龄(性成熟)雄蛾飞行能力的影响,因为它们表现出最长的飞行距离。结果表明,366 Gy辐照使雄蛾的飞行能力(包括飞行距离、飞行持续时间和平均速度)均显著下降。辐照还会引起雄成虫翅膀发育畸形率提高,导致飞行距离、飞行时间和平均速度均显著降低,限制了苹果蠹蛾雄成虫在果园中的扩散距离;标记-捕获试验也证实了该结果。实时荧光定量(RT-qPCR)分析表明,366 Gy辐照降低了苹果蠹蛾雄蛾飞行相关flightin、myosin heavy chaindistal-less基因的表达水平。

综上所述,本研究表明,366 Gy的X-射线辐照对雄性苹果蠹蛾成虫的飞行能力产生不利影响。这些发现不仅有助于更好地理解X-射线辐射如何降低苹果蠹蛾雄成虫的交配竞争力,同时有助于开发和改进SIT技术体系用于有效控制苹果蠹蛾。

 

沈阳农业大学植物保护学院杨雪清教授为论文通讯作者,专业硕士研究生黄生旺和张静涵(已毕业)为论文共同第一作者,中国农业科学院植物保护研究所杨现明副研究员,以及沈阳农业大学植物保护学院王兴亚教授和博士研究生魏子涵也参与了此项研究。本研究得到了国家重点研发计划(2021YFD1400200)和国际原子能机构TC计划(CPR5027)的资助。

论文链接: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/ps.7924

 

 

【Journal of Agricultural and Food Chemistry】沈阳农业大学杨雪清教授团队在苹果蠹蛾抗药性基因调控方面取得新进展

近日,沈阳农业大学杨雪清教授团队在农林科学类一区Top期刊Journal of Agricultural and Food Chemistry在线发表了题为“Identification of G protein-coupled receptors (GPCRs) associated with lambda-cyhalothrin detoxification in Cydia pomonella”的最新研究成果。

                                                    

G 蛋白偶联受体(GPCRs)是位于细胞膜表面的一类具有 7 个跨膜 α 螺旋结构的受体膜蛋白,广泛存在于真核生物中。在昆虫中,GPCRs参与调控包括生长发育、繁殖、代谢等在内的许多重要的生理过程。随着现代测序技术的不断进步,越来越多的昆虫GPCRs得到鉴定。近年来,有研究表明GPCRs通过调控抗药性相关基因的表达,参与害虫抗药性的产生。

本团队前期研究结果表明,细胞色素P450家族中的CYP9A 亚族成员(CpCYP9A120、CpCYP9A121、CpCYP9A122)和谷胱甘肽S移换酶家族基因(CpGSTd1、 CpGSTd3、CpGSTe3、CpGSTs2)过量表达与苹果蠹蛾对高效氯氟氰菊酯抗性有关,但其信号调控通路尚不明确。本研究共鉴定了95个CpGPCR基因,分为A、B、C、F等四个家族。时空表达模式分析结果表明,大多数CpGPCR基因在苹果蠹蛾的1龄幼虫期,以及头部呈现出较高的表达水平。进一步分析显示,LD10的高效氯氟氰菊酯处理会显著诱导95个CpGPCR中的15个基因的表达。在此基础上,本研究选择了在中肠特异性高表达的CpGPCR70作为候选基因进行功能分析。RNA 干扰(RNAi)结果表明,敲低CpGPCR70的表达显著降低了高效氯氟氰菊酯抗性(ZW_R)和敏感(SS)种群中杀虫剂抗性关键基因CpGSTs2CpCYP9A121的表达水平,并抑制了P450酶活性;与此同时,敲低CpGPCR70的表达增强了ZW_R和敏SS种群苹果蠹蛾幼虫对高效氯氟氰菊酯的敏感性。上述研究结果表明,CpGPCR70 在调节高效氯氟氰菊酯抗性关键解毒基因的表达中发挥着重要作用,为开发更加有效的害虫控制策略提供了宝贵的见解。

                                                         

 

植物保护学院博士研究生刘雨茜为第一作者,杨雪清教授为论文通讯作者,高萍副教授、李玉婷讲师、博士研究生胡超参与了此项研究。该研究得到了国家重点研发计划(2021YFD1400201)、国家自然基金项目(32272588、31972299)的资助。

论文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jafc.3c06522

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