近日，沈阳农业大学杨雪清教授团队在国际重要学术期刊《Journal of Agricultural and Food Chemistry》（农林科学一区Top期刊）上发表题为“Glutathione S‑transferase genes are involved in lambda-cyhalothrin resistance in Cydia pomonella via sequestration”的最新研究成果。
曾有研究推测，GSTs可能通过“封存作用”与拟除虫菊酯杀虫剂结合的形式参与代谢作用进而介导害虫抗性形成，但该推断至今仍未被实验证实。在本研究中，研究人员在苹果蠹蛾中鉴定出22个胞质GSTs基因，发现其中的大部分（19个）基因在高效氯氟氰菊酯抗性种群中过量表达。通过原核表达、体外酶活性抑制试验，发现高效氯氟氰菊酯对CpGSTd1、CpGSTd3、CpGSTe3、CpGSTs2重组蛋白具有明显的抑制作用，表明高效氯氟氰菊酯可以占据GSTs的活性口袋或GSH结合位点，进而与GSTs发生相互作用，这一结果支持了GSTs对高效氯氟氰菊酯具有封存作用的推论。进一步研究发现，CpGSTd3与高效氯氟氰菊酯的结合能力（ΔGcal=-36.68 kJ/mol）明显高于其它3个蛋白，表明该基因可能对高效氯氟氰菊酯具有更强的代谢能力并在代谢抗性中具有更重要的作用。HPLC、HPLC-MS/MS分析结果显示，CpGSTd1、CpGSTd3、CpGSTe3、CpGSTs2对高效氯氟氰菊酯的体外代谢率分别为32.10%、25.83%、21.88%、7.11%，但仅CpGSTd3产生了一个新的峰。进一步分析发现，该疑似产物是高效氯氟氰菊酯的钾加合离子，并非重组GSTs对高效氯氟氰菊酯的直接代谢产物，表明GSTs通过非催化被动结合（或封存作用）高效氯氟氰菊酯并形成螯合物的方式参与代谢作用进而介导苹果蠹蛾对高效氯氟氰菊酯抗性形成。分子动力学分析表明，高效氯氟氰菊酯上疏水性的二芳基醚、氯三氟甲基和二甲基环丙烷基团分别作用于CpGSTd3中的Tyr 10、Leu 204、Leu 207、Phe 208，Thr 110和Phe 118，以及Tyr 114等关键氨基酸残基形成的疏水口袋。这些位于疏水性口袋的氨基酸残基形成的亲脂能S(lipo)与高效氯氟氰菊酯的疏水性药效团产生相互作用对于CpGSTd3代谢高效氯氟氰菊酯进而产生抗性至关重要。
本研究首次通过实验证实了GSTs通过“封存作用”参与苹果蠹蛾对高效氯氟氰菊酯抗性形成，这一发现为多年来关于GSTs可通过与拟除虫菊酯杀虫剂的非催化被动结合产生抗性这一推断和科学难题提供了有力的证据。申请人的系列研究成果加深了对害虫代谢抗性机制的认识，丰富了害虫抗性基础理论，为其它害虫代谢抗性机制研究提供了重要借鉴。本项研究成果是杨雪清教授近年来重点关注的GSTs介导苹果蠹蛾杀虫剂代谢抗性的系列研究成果之一，团队前期相关研究结果前期发表于Pest Management Science（Hu et al., 2020）、Journal of Agricultural and Food Chemistry（Wang et al., 2019; Hu et al., 2020; Wei et al., 2020）、Applied Microbiology and Biotechnology（Liu et al., 2014）等国际权威期刊。
沈阳农业大学植物保护学院杨雪清教授为论文共同通讯作者，博士研究生胡超和西北农林科技大学刘吉元副教授为共同第一作者，沈阳农业大学已毕业硕士研究生胡超、美国密歇根州立大学David Mota-Sanchez教授、华中农业大学何顺副教授、南京农业大学施雨博士参与了此项研究。该研究得到了国家重点研发计划（2021YFD1400200）、国家自然基金项目（31972299, 31501666）和兴辽英才计划项目（XLYC1907097）的资助。
论文全文链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jafc.2c00360