共生细菌的变异与一种重要水稻害虫——Chilo suppressalis Walker在不同地理种群中的杀虫剂抗性之间存在关联

时间:2026年5月31日
来源:Crop Protection

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朱宇航|余海伟|黄康鹏|蔡廷伟|何顺|万虎|赵静中国华中农业大学植物科学技术学院,湖北省昆虫资源利用与可持续害虫管理重点实验室,武汉摘要昆虫共生体在宿主对杀虫剂的抗性中起着重要作用,但它们的群落如何影响田间种群的抗性仍很大程度上尚未明确。在这项研究中,我们重点关注了主要水稻害虫C

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朱宇航|余海伟|黄康鹏|蔡廷伟|何顺|万虎|赵静
中国华中农业大学植物科学技术学院,湖北省昆虫资源利用与可持续害虫管理重点实验室,武汉

摘要

昆虫共生体在宿主对杀虫剂的抗性中起着重要作用,但它们的群落如何影响田间种群的抗性仍很大程度上尚未明确。在这项研究中,我们重点关注了主要水稻害虫Chilo suppressalis的共生细菌群落、抗性水平以及解毒酶活性之间的相关性。2023-2024年间,16个C. suppressalis种群对五种杀虫剂的抗性水平和解毒酶活性表现出显著差异。通过对它们的细菌群落进行高通量测序,我们发现共生细菌群落的整体特征与抗性关联不大,但某些核心细菌的丰度与抗性有显著相关性。WolbachiaLatiplantibacillus与至少一种解毒酶活性或对两种杀虫剂的抗性呈正相关。这些发现为未来研究细菌群落与杀虫剂抗性之间的关系提供了重要参考。

引言

水稻条茎螟(SSB),Chilo suppressalis Walker(鳞翅目:卷叶蛾科),是亚洲、大洋洲和南欧的重要农业害虫,对水稻作物造成严重损害(Pathak, 1968; Sheng et al., 2003)。SSB的幼虫具有很强的能力,能够钻入水稻植株的茎秆和叶鞘中,导致形成坏死的心部或叶鞘,并发展出白色穗状物(Lu et al., 2017)。在长期管理SSB的过程中,化学杀虫剂一直是主要的控制方法。然而,这些杀虫剂的广泛和连续使用导致害虫抗性显著增加,抗性水平迅速上升(Sparks et al., 2020; Sparks and Naune, 2015)。
在中国针对SSB的化学控制策略中,主要使用的杀虫剂包括三唑磷、单硫磷、氯氰菊酯、氯虫腈和阿维菌素(Guan et al., 2022; Mao et al., 2019)。最近的报告显示,SSB田间种群对氯氰菊酯的抗性处于低到中等水平(Su et al., 2014a; Su et al., 2024),而对氯虫腈的抗性逐渐增加,在大多数种群中达到中等水平(Ma et al., 2024; Mao et al., 2019; Yao et al., 2017)。数据还表明,近年来对单硫磷和三唑磷的抗性有所下降,尽管不同田间种群之间存在显著的区域差异(He et al., 2007; Mao et al., 2019; Huang et al., 2017)。同时,对阿维菌素的抗性在几个种群中上升到低或中等水平(Lu et al., 2017; Zhao et al., 2021)。总体而言,虽然SSB对某些杀虫剂的抗性上升趋势得到了遏制,但抗性水平仍存在显著的地区差异。监测不同地区的SSB田间种群对于实施轮换使用杀虫剂组等策略以防止进一步抗性的发展并提高杀虫剂控制效果至关重要(Meng et al., 2022)。
了解昆虫的杀虫剂抗性机制至关重要,因为它为抗性管理提供了宝贵的见解。其中研究最广泛的机制包括代谢抗性和靶标位点抗性(Huang et al., 2020; Wen et al., 2022)。先前的研究表明,解毒酶(如细胞色素P450单加氧酶(P450)、谷胱甘肽S-转移酶(GST)和酯酶(EST)的活性与水稻条茎螟的杀虫剂代谢有关(Sun et al., 2018; Xu et al., 2019; Yao et al., 2017)。关于靶标位点突变,乙酰胆碱酯酶(Ch-ace1)中的A314S突变与三唑磷抗性相关(Jiang et al., 2009)。此外,ryanodine受体(RyR)中的双重突变(I4758M和Y4667C)赋予更高的二酰胺抗性(Huang et al., 2021)。
最近的研究进一步表明,共生细菌通过直接和间接途径在赋予昆虫宿主抗性方面起着重要作用(Itoh et al., 2018)。例如,研究表明共生细菌可以代谢杀虫剂,并且在抗性水平高的种群中更为丰富(Peterson, 2024)。在豆象Riptortus pedestris中的Burkholderia共生体已被证明可以降解fenitrothion(Kikuchi et al., 2012),并且从抗杀虫剂的Spodoptera frugiperda菌株的肠道中分离出了多种能够降解杀虫剂的细菌(de Almeida et al., 2017)。此外,Wolbachia被发现可以上调P450基因的表达,从而间接增强宿主昆虫的杀虫剂抗性(Cai et al., 2021; Zhang et al., 2021)。在SSB的情况下,Wolbachia感染的幼虫对氟虫腈和阿维菌素的抗性高于未感染Wolbachia的个体(Lei et al., 2020)。另一项报告显示,实验室菌株在长期喂食抗生素后对氯虫腈和甲氧芬唑酮的耐受性降低(Xia et al., 2024)。从田间收集的SSB和其他两种水稻茎螟Scirpophaga incertulus和Sesamia inferens中分离出的多种可培养细菌能够降解氯氰菊酯和氯虫腈(Goswami et al., 2024)。尽管有这些发现,但田间SSB种群中细菌共生体群落组成的变化是否与对常用杀虫剂抗性的差异有关仍是一个关键但尚未充分探索的问题。
在本研究中,我们监测了2023-2024年间八个SSB田间种群对五种杀虫剂的抗性。在对每个田间种群的细菌共生体群落进行测序后,分析了LC50值、解毒酶活性和细菌共生体群落之间的相关性。这些结果揭示了细菌共生体在SSB抗性中的潜在作用,为抗性与细菌共生体之间的关系提供了见解,并进一步增强了C. suppressalis的管理策略。

章节片段

昆虫

实验室敏感株(SS)的SSB来自江西省瑞昌,10多年前采集,并在实验室中保存,未接触过杀虫剂。2023年和2024年,从中国中部五个省份的同一稻田中收集了八个田间种群(图1)。收集地点和昆虫种群的详细信息列在表S1中。所有昆虫都在受控环境中使用人工饲料饲养(Han et al., 2012)

田间种群对五种杀虫剂抗性的变化

2023-2024年间,监测了来自中国中部五个省份的C. suppressalis田间种群(以及一个实验室株)对五种杀虫剂的抗性水平。对于氯虫腈,所有种群都表现出中等水平的抗性,抗性比率介于10.4到65.9之间(表1)。NC23种群的抗性最高。
使用局部施用生物测定法来确定种群对杀虫剂的敏感性

讨论

长期以来,化学杀虫剂被广泛用于控制SSB;然而,人工选择压力也导致其对这些化学物质的抗性持续增加,这已成为一个不可忽视的问题(Su et al., 2024; Wei et al., 2019; Zibaee et al., 2009)。持续监测田间SSB种群的杀虫剂抗性对于有效的抗性管理至关重要(Gao et al., 2013)。除了正在进行的抗性研究之外

CRediT作者贡献声明

万虎:写作——审稿与编辑,概念化。何顺:写作——审稿与编辑,概念化。朱宇航:写作——初稿,可视化,验证,方法学,调查,正式分析,数据管理,概念化。赵静:写作——审稿与编辑,验证,监督,调查,资金获取。黄康鹏:验证,方法学,调查,正式分析。余海伟:验证,方法学,调查。蔡廷伟:正式

中华人民共和国农业部,2014;Sparks and Nauen, 2015。

资助

本工作得到了中国国家重点研发计划2022YFA1207400)的支持。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

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