当期论文|四川省烟草公司刘东阳,安徽农业大学刘苏、李响、张今等:沉默AiPRMT1基因降低小地老虎对辛硫磷和氯虫苯甲酰胺的耐受性

四川省烟草公司刘东阳，安徽农业大学刘苏、李响、张今等作者在《浙江大学学报（农业与生命科学版）》第52卷第1期发表论文《沉默AiPRMT1基因降低小地老虎对辛硫磷和氯虫苯甲酰胺的耐受性》，该研究以重要农业害虫小地老虎（Agrotis ipsilon）为对象，鉴定出1个PRMT基因（命名为AiPRMT1），分析了AiPRMT1的分子特征及其在3种不同类型杀虫剂（辛硫磷、高效氯氟氰菊酯和氯虫苯甲酰胺）胁迫下的转录模式，并利用RNA干扰（RNA interference, RNAi）技术沉默AiPRMT1，探究小地老虎幼虫对3种杀虫剂的耐受性，旨在阐明AiPRMT1在昆虫应对杀虫剂胁迫中的功能，并为开发以AiPRMT1为靶标的小地老虎新型防治技术提供理论依据。

蛋白质精氨酸甲基转移酶（protein arginine methyltransferase, PRMT）在昆虫生长发育、生殖和昼夜节律调控中发挥重要作用，但其在杀虫剂耐受性中的功能目前尚不明确。本研究从重要农业害虫小地老虎（Agrotis ipsilon）中鉴定并获得1个PRMT基因，命名为AiPRMT1。通过生物信息学工具分析其序列特征，利用实时荧光定量PCR检测其转录模式，并采用RNA干扰技术沉默AiPRMT1，进而探究小地老虎幼虫对3种杀虫剂（辛硫磷、高效氯氟氰菊酯和氯虫苯甲酰胺）的耐受性。结果表明：AiPRMT1基因由8个外显子和7个内含子组成，可读框全长1 071 bp，编码的蛋白质具有PRMT的典型特征。系统进化分析显示，AiPRMT1与棉铃虫（Helicoverpa armigera）HaPRMT1和斜纹夜蛾（Spodoptera litura）SlPRMT1亲缘关系最近。表达谱分析发现，AiPRMT1在小地老虎幼虫脂肪体中转录水平最高，且在2～3龄幼虫阶段的转录水平明显高于其他发育时期。经辛硫磷、高效氯氟氰菊酯和氯虫苯甲酰胺处理后，幼虫体内AiPRMT1的转录水平均明显上调。沉默AiPRMT1后，小地老虎幼虫对辛硫磷和氯虫苯甲酰胺的敏感性显著增强，死亡率分别较对照组上升7%和28%（P＜0.05），但其对高效氯氟氰菊酯的耐受性没有显著变化。本研究结果为探究AiPRMT1调控杀虫剂耐受性的分子机制提供了理论基础。

小地老虎；蛋白质精氨酸甲基转移酶；RNA干扰；杀虫剂耐受性；生物测定

李响,张今,沈望熙,等.沉默AiPRMT1基因降低小地老虎对辛硫磷和氯虫苯甲酰胺的耐受性[J].浙江大学学报(农业与生命科学版),2026,52(1):63-72. DOI:10.3785/j.issn.1008-9209.2025.01.061

LI Xiang, ZHANG Jin, SHEN Wangxi, et al. Silencing of AiPRMT1 gene reduces tolerance to phoxim and chlorantraniliprole in Agrotis ipsilon[J]. Journal of Zhejiang University (Agriculture and Life Sciences), 2026, 52(1): 63-72.

蛋白质精氨酸甲基化修饰是真核细胞中普遍存在的一种蛋白质翻译后修饰，由蛋白质精氨酸甲基转移酶（protein arginine methyltransferase, PRMT）催化完成。PRMT以S-腺苷甲硫氨酸（S-adenosyl methionine, SAM）为甲基供体，将甲基转移到底物蛋白质（包括组蛋白与非组蛋白）精氨酸侧链的氮原子上。该修饰通过引入甲基改变精氨酸侧链的构型，增强精氨酸残基的疏水性，进而影响蛋白质与核酸或其他蛋白质的互作，最终调控蛋白质的生物学功能。

在昆虫中，蛋白质精氨酸甲基化修饰已被证实参与多种关键的生理过程。例如，黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）PRMT1催化的组蛋白H4精氨酸甲基化能够抑制蜕皮激素受体基因的表达，确保其正常化蛹；而敲除PRMT1基因则导致黑腹果蝇蛹的死亡率显著增加。棉铃虫（Helicoverpa armigera）PRMT1通过对胰岛素信号途径的关键转录因子叉头框O蛋白（forkhead box O protein, FoxO）进行精氨酸甲基化，干扰了丝氨酸/苏氨酸激酶Akt对FoxO的磷酸化，导致棉铃虫滞育时间延长。埃及伊蚊（Aedes aegypti）PRMT3则通过修饰特定底物蛋白影响共生菌沃尔巴克氏体（Wolbachia）的增殖。此外，黑腹果蝇PRMT5通过修饰RNA解旋酶调控生殖细胞的形成和成熟，敲除PRMT5基因会导致雄蝇不育及雌蝇胚胎发育异常。针对家蚕（Bombyx mori）PRMT5的研究也证实，RNA解旋酶发生精氨酸甲基化修饰是精子发育所必需的。帝王斑蝶（Danaus plexippus）PRMT（称为TRITHORAX）能够对热激蛋白HSP68进行精氨酸甲基化修饰，促进HSP68与生物钟蛋白CLOCK的结合，并影响CLOCK和另一生物钟蛋白PERIOD的互作，从而调控帝王斑蝶的昼夜节律。上述研究表明，PRMT催化的蛋白质精氨酸甲基化修饰在昆虫的生长发育、生殖和昼夜节律等生理过程中发挥重要作用。

杀虫剂是昆虫面临的主要环境胁迫因子之一，不但威胁个体生存，还会影响种群繁衍。为应对此类胁迫，昆虫进化出了多种防御机制，例如，通过增强自身解毒酶[包括细胞色素P450（cytochrome P450, CYP450）、羧酸酯酶和谷胱甘肽-S-转移酶等]的活性加速杀虫剂代谢，或通过增加自身体壁厚度延缓杀虫剂的穿透，从而提高对杀虫剂的防御能力。然而，PRMT及其催化的蛋白质精氨酸甲基化修饰是否参与昆虫对杀虫剂的耐受性，目前尚不清楚。

本研究以重要农业害虫小地老虎（Agrotis ipsilon）为对象，鉴定出1个PRMT基因（命名为AiPRMT1），分析了AiPRMT1的分子特征及其在3种不同类型杀虫剂（辛硫磷、高效氯氟氰菊酯和氯虫苯甲酰胺）胁迫下的转录模式，并利用RNA干扰（RNA interference, RNAi）技术沉默AiPRMT1，探究小地老虎幼虫对3种杀虫剂的耐受性，旨在阐明AiPRMT1在昆虫应对杀虫剂胁迫中的功能，并为开发以AiPRMT1为靶标的小地老虎新型防治技术提供理论依据。

PRMT及其介导的精氨酸甲基化修饰在昆虫生长发育、生殖和昼夜节律等重要生理过程中的作用已在黑腹果蝇、埃及伊蚊、家蚕及棉铃虫等多种昆虫中得到证实。然而，昆虫PRMT是否在杀虫剂耐受性中发挥作用，至今仍不明确。本研究以重要农业害虫小地老虎为对象，探究了AiPRMT1在杀虫剂耐受性中的功能。通过同源检索获得了AiPRMT1基因序列，发现其编码的AiPRMT1蛋白具有6个特征性基序，符合PRMT的典型特征，这些基序对其催化功能极为重要。AiPRMT1基因由8个外显子组成，且与棉铃虫、斜纹夜蛾、家蚕、亚洲玉米螟等鳞翅目昆虫的PRMT1同源基因具有相同的外显子数量和长度，表明鳞翅目昆虫的PRMT1可能来源于共同的祖先基因。

本研究发现，在供试的小地老虎幼虫的相关组织/器官和不同发育阶段样本中均能检测到AiPRMT1的转录，表明该基因广泛参与小地老虎的多种生理活动。AiPRMT1在脂肪体中的转录水平最高，且显著高于其在体壁、中肠和马氏管中的转录水平。脂肪体不仅是昆虫重要的代谢中心，而且具有储存、排泄和解毒等生理功能。因此，脂肪体中大量转录的AiPRMT1可能在昆虫的能量合成和解毒代谢途径中发挥重要作用。同时，本研究还发现，低龄幼虫AiPRMT1的转录水平明显高于高龄幼虫、蛹和成虫。通常，低龄幼虫对外界胁迫（如杀虫剂）的防御需求更为迫切。这表明AiPRMT1的高表达可能参与小地老虎应对环境胁迫的早期防御反应。

截至目前，尚无关于杀虫剂胁迫下昆虫PRMT基因转录模式的报道。本研究发现，经辛硫磷、高效氯氟氰菊酯和氯虫苯甲酰胺处理后，小地老虎幼虫体内AiPRMT1的转录水平均明显上调，表明AiPRMT1能够响应不同类型的杀虫剂胁迫。ZHANG等研究发现，棉铃虫体内活性氧（reactive oxygen species, ROS）含量升高会激活c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase, JNK），进而促进cAMP反应元件结合蛋白（cAMP-response element binding protein, CREB）与HaPRMT1基因启动子结合，从而上调HaPRMT1的转录水平。本课题组前期研究发现，辛硫磷、高效氯氟氰菊酯和氯虫苯甲酰胺处理均能导致小地老虎幼虫体内ROS含量显著上升。据此推测，“ROS-JNK-CREB”信号途径同样对小地老虎AiPRMT1转录起调控作用。此外，在本研究中观察到AiPRMT1对辛硫磷和氯虫苯甲酰胺的响应较为迅速，而对高效氯氟氰菊酯的响应相对较慢，可能是因为3种杀虫剂诱导小地老虎产生ROS的速度存在差异，进而AiPRMT1表现出不同的转录模式。

为明确AiPRMT1在杀虫剂耐受性中的功能，使用RNAi技术沉默AiPRMT1基因。结果发现，沉默AiPRMT1后，小地老虎幼虫对辛硫磷和氯虫苯甲酰胺处理的敏感性显著增强，死亡率上升，表明沉默AiPRMT1能够降低小地老虎对这2种杀虫剂的耐受性。本研究结果不但深化了对昆虫PRMT功能的理解，也为开发以AiPRMT1为靶标的小地老虎绿色防控技术提供了理论依据。在棉铃虫和褐飞虱中的研究表明，PRMT能促进转录因子FoxO进入细胞核；而FoxO可通过上调多个CYP450基因的表达来增强昆虫的解毒代谢能力。因此，小地老虎AiPRMT1对辛硫磷和氯虫苯甲酰胺耐受性的影响可能是通过调控CYP450介导的解毒代谢途径实现的。然而，沉默AiPRMT1并未显著改变小地老虎对高效氯氟氰菊酯的耐受性。已有研究表明，昆虫对不同杀虫剂的解毒代谢通常由不同的CYP450负责。例如，在草地贪夜蛾（Spodoptera frugiperda）中，CYP4G74、CYP4L13、CYP6B39、CYP6B40参与氯虫苯甲酰胺的代谢，而CYP337B5和CYP321B1则参与高效氯氟氰菊酯的代谢。我们推测：小地老虎对辛硫磷、高效氯氟氰菊酯和氯虫苯甲酰胺的解毒代谢也由不同的CYP450基因完成；沉默AiPRMT1未改变参与高效氯氟氰菊酯代谢的CYP450的表达，因而未显著影响小地老虎对该药剂的耐受性。

本研究明确了小地老虎AiPRMT1基因的序列特征，发现辛硫磷、高效氯氟氰菊酯和氯虫苯甲酰胺处理均能诱导其转录水平明显上调。通过RNAi诱导的基因沉默技术证明，AiPRMT1在小地老虎对辛硫磷和氯虫苯甲酰胺的耐受性中发挥重要作用，但沉默AiPRMT1未显著影响小地老虎对高效氯氟氰菊酯的耐受性。本研究结果不但深化了对昆虫PRMT生物学功能的理解，也为开发基于沉默AiPRMT1的小地老虎绿色治理技术提供了理论基础。在后续研究中，将利用CRISPR/Cas9技术构建AiPRMT1基因敲除品系，并通过全面分析其生理生化指标及基因表达谱的变化，深入阐明AiPRMT1调控杀虫剂耐受性的分子机制。通信