近日中科院动物研究所乔传令研究员和康乐研究员团队开展合作，利用体外定点突变技术针对非特异性羧酸酯酶在昆虫抗药性中的作用机制进行了研究。相关研究成果发表在昆虫学Top5%杂志《Insect Biochemistry and Molecular Biology》上。

        羧酸酯酶普遍存在于动物、植物和细菌中，是一个具有多种生理功能的基因家族，如水解神经递质、代谢某些激素和信息素、降解内外源毒素及参与防御反应等。在昆虫界，羧酸酯酶是昆虫抵御包括杀虫剂在内的外源化合物的重要物质之一，在常用的有机磷和氨基甲酸酯抗性中起着重要的作用，可以使昆虫产生代谢抗性和靶标抗性。非特异性羧酸酯酶通过两种方式使昆虫对有机磷杀虫剂产生代谢抗性，一种是数量机制，即通过羧酸酯酶在基因组上扩增或转录水平的上调而过量表达酯酶，酯酶快速与杀虫剂分子结合，但是水解速度非常缓慢，所以羧酸酯酶主要起屏蔽作用。另一种是质量机制，即羧酸酯酶的表达水平不变，但酶的性质发生了变化，酶原有的羧酸酯酶活性降低或丧失，而水解有机磷杀虫剂的速率大大提高。这种变化的分子机制是羧酸酯酶在两个位置发生了点突变，即G151D突变和W271L突变。然而目前这个抗性机制的研究大部分仅局限于高等双翅目昆虫中。

        在这篇文章中，研究人员利用体外定点突变技术，对七种昆虫包括重要农作物害虫棉蚜、褐飞虱、赤拟谷盗、斜纹夜蛾，异色瓢虫、家蚕、蜜蜂的非特异性羧酸酯酶基因进行位点特异性突变，通过构建融合表达载体和亲合层析高效表达、纯化酯酶蛋白，测定酯酶突变体对酯酶底物β-乙酸萘酯和有机磷杀虫剂对氧磷、毒虫畏的降解活性。结果表明，G/A151D和W271L突变分别显著的降低了五种和七种昆虫的羧酸酯酶原有的活性，分别使五种和六种昆虫的羧酸酯酶获得有机磷水解酶的活性，W271L突变对酶的影响力更大，证明了昆虫通过羧酸酯酶发生点突变获得抗药性的进化途径具有普遍性。

        该研究成果不仅为预测、治理害虫抗药性的发生、发展提供理论依据，还为利用基因操作技术培育抗药天敌开辟新思路，而且还可利用改造后的昆虫羧酸酯酶处理环境中的农药残留，实现对环境的安全生物修复。

        作者简介：

        乔传令　　       

        女，博士，研究员，博士生导师，1953年出生于河南省宁陵县。1989年在联合国教科文组织（UNESCO）在捷克举办的“现代生物技术和微生物技术长期研究生班”学习，获理学博士学位；1992－1993年荣获首届居里夫人一等奖学金在法国科学院科学与进化研究所做博士后并启动中－欧农业基因工程合作研究项目，1997年11月－1998年2月法国科学院科学与进化研究所、1999年1月－1999年4月英国卡的夫大学、2002年11月－12月日本名古屋大学、2003年7月－9月澳大利亚墨尔本大学、2006年10月－2007年4月美国斯坦福大学、2007年12月－2008年2月美国罗德岛大学合作研究项目。现任中国科学院研究生院教授、博士研究生导师，抗性分子遗传学学组组长；北京农药学会常务理事、副秘书长；北京遗传学会理事；中国毒理学会生态专业委员会副主任，中国昆虫学会理事，《Insect Science》编委，《Applied Biochemistry and Biotechnology》编委。与法国CRNS, Montpellier II大学的Raymond Michel博士有长期国际合作关系，合作研究蚊虫杀虫药剂抗性种群遗传和进化生物学。目前主持国家“863”课题、中国科学院创新工程项目、国家自然科学基金项目；指导博士后1名、博士生10名、硕士生3名。2010年春季退休，退休后的乔传令研究员依然继续昆虫抗药性研究工作。 　　

        专业方向为抗性分子遗传学：主要从事昆虫抗性种群遗传学和分子遗传学的研究，主要兴趣在（1）研究不同地理种群害虫对主要杀虫药剂（氨基甲酸酯、有机磷、拟除虫菊酯）的抗性基因的分布，基因的特征，基因型的定性监测，时空分布以及其抗性进化的分子机制；（2）研究昆虫抗性基因的克隆、鉴定与应用，抗性基因的功能、表达与调控过程；（3）重点研究将从昆虫中得到的具有降解功能基因，构建超级工程菌，研究超级工程菌表达所得到解毒酶对农药残留的降解作用；（4）研究超级工程菌剂和解毒酶制剂的开发和应用，首先研究对农药等难降解化合物的降解作用，主要研究解决有机磷等神经毒剂的降解作用，并将其应用于被农药污染的蔬菜、水果、土壤以及水等的降解。已获授权国家发明专利4项，授理国家发明专利3项；省、部级重大科技成果奖5项；在国内外共发表论文150多篇，先后应邀赴法、英、日、巴西、美国、澳大利亚、香港和台湾等国家和地区开展合作研究、讲学和学术交流。

        康乐

        男，博士，研究员，博士生导师；中国科学院动物研究所农业虫害鼠害综合治理研究国家重点实验室主任，生态基因组学及适应性研究组组长；兼任美国内布拉斯加大学Courtesy Professorship，中国科学院北京生命科学研究院院长。

        1982、1987和1990年分别获得学士、硕士和博士学位。1990年至今在中国科学院动物研究所从事科学研究，1995年任研究员至今。现任农业虫害鼠害综合治理研究国家重点实验室主任，生态基因组学及适应性研究组组长，兼任中国科学院北京生命科学研究院院长。是国家有突出贡献的中青年专家，杰出青年基金获得者，国家“百千万人才工程”一、二层次专家。另外，还担任国际昆虫学会执行理事，联合国生物多样性公约生态系统联络组专家代表，国际生物多样性大百科全书学术顾问，Insect Science 杂志主编，美国内布拉斯加大学荣誉科学博士。

        研究领域：

        以昆虫为模式系统，主要开展生态基因组、抗寒性以及化学生态及行为学研究。研究的主要特点是，利用基因组学和分子生物学的手段研究生物对环境的响应和适应性。在过去的10多年中，上述研究工作得到国际同行的高度认可，已经成为进化生态学研究领域最重要的团队之一。  
 
        获奖及荣誉：

        1992年获中国第三届青年科技奖，1997年“草原蝗虫生态学研究”，获中国科学院自然科学一等奖，1999年获国家自然科学三等奖。1997年获中国科学院青年科学家奖一等奖，1998年获中国科学院十大杰出青年称号。

        承担科研项目情况：

        做为首席科学家主持国家基础研究重大项目（973）“重大农业害虫猖獗危害的机制及可持续控制的基础研究”项目，做为学术带头人主持国家基金委创新群体项目《植物－害虫－寄生蜂交互作用的进化生态学机制 》项目， 另外还主持国家基金委重点项目《飞蝗两型转变的基因组学研究》、国家转基因重大专项《农业重大害虫飞蝗关键基因的克隆、鉴定及抗虫双链RNA（RNAi）的筛选 》各一项。 
 
        代表论著： 
        
        2000年以来在国际学术刊物发表论文100余篇，一些重要研究成果发表在PNAS, Annual Review of Entomology, Philosophical Transactions of Royal Society（B）, Genome Biology, Global Change Biology, PLoS One, Evolution和Insect Molecular Biology等国际著名刊物上。