Annual Review of Entomology | 郭兆将研究员/张友军院士团队系统总结害虫抗药性调控机制

       近日，我所郭兆将研究员/张友军院士团队在国际昆虫学领域权威综述期刊《Annual Review of Entomology》（IF=16.9）发表综述论文“The regulatory landscape of insecticide resistance evolution in arthropod pests”。该文章系统梳理了节肢动物害虫杀虫剂抗性演化中的基因调控机制与信号通路，并讨论了抗性监测、演化预测及害虫治理的研究方向。

       随着杀虫剂的广泛使用，害虫和害螨等节肢动物不断演化出多种抗药性机制，给农业害虫防控和公共卫生害虫治理带来了严峻挑战。近年来，分子生物学、转录组学和基因组学技术的发展进一步表明，杀虫剂抗药性进化不仅与杀虫剂靶标位点的突变有关，抗性相关基因的表达调控同样在抗药性的形成与演化过程中发挥着重要作用，相关研究也呈现出爆发式增长，亟需进行全面的系统性梳理和总结，从而为未来害虫和害螨抗药性研究指明方向。

       杀虫剂抗性相关基因的调控机制可归纳为五类：启动子等顺式调控区域发生变异，直接影响基因表达；转录因子等反式调控因子的表达或活性变化，间接调节抗性基因表达；顺式调控元件与转录因子协同作用，共同调控基因表达；基因复制通过增加拷贝数或产生新的解毒功能，促进抗性形成；非编码RNA及RNA修饰通过转录后调控影响基因表达。

       该综述还总结了参与调控抗性相关基因的上游信号通路，包括EGFR/Akt/ERK、GPCR/MAPK、GPCR/AC/cAMP/PKA、FOXO/MAPK、ROS/CncC–Maf及核受体HR96等信号模块。其中，MAPK信号通路作为连接上游信号传递与下游转录调控的重要枢纽，通过协调多类抗性相关基因的表达，在害虫抗药性调控网络中发挥关键作用。

       随后，该综述进一步探讨了杀虫剂抗药性相关适合度代价及其补偿途径的调控机制，以及害虫对植物化学防御与杀虫剂胁迫的共同适应性进化。抗药性能够增强害虫的防御能力，但也可能以牺牲生长发育和繁殖能力为代价。研究表明，20-羟基蜕皮酮（20E）、保幼激素（JH）等激素，以及MAPK、AMPK等信号通路，在协调抗性响应与生长繁殖之间的平衡、调节抗性相关适合度代价方面发挥着重要作用。与此同时，害虫对植物次生代谢物的耐受与对合成杀虫剂的抗性并非完全独立，两者在解毒酶、转运蛋白及其上游调控网络方面存在一定重叠，涉及CncC–Maf、Nrf2/AhR和Akt/FOXO等调控模块。这表明，害虫在长期植物—昆虫相互作用中形成的解毒调控体系，不仅帮助其应对植物的化学防御，也可能为其适应合成杀虫剂等其他化学胁迫提供基础。

       最后，该综述还指出了杀虫剂抗药性研究仍面临若干亟待解决的关键问题，包括稳定且可遗传的表观遗传变化如何参与抗性演化、杀虫剂能否直接作用于转录调控因子、驱动抗性相关基因表达变化的因果遗传基础如何解析，以及能否在田间抗性表型出现之前预测抗性演化趋势。未来，多组学整合、功能基因验证与人工智能AI等新技术的结合，有望进一步揭示抗药性演化的分子机制，推动抗药性研究从机制解析向风险预测和精准监测拓展。

       中国农业科学院蔬菜花卉研究所郭兆将研究员为论文的第一作者和通讯作者，中国工程院院士张友军研究员对本研究提供了重要指导。本研究获得国家自然科学基金创新研究群体和中国农业科学院农业科技创新工程等项目资助。

原文链接：https://www.annualreviews.org/content/journals/10.1146/annurev-ento-020926-092935