解开褐飞虱的杂交抗性模式
长期监测杀虫剂敏感性

在许多国家，大米是人们饮食中的主要作物。水稻有许多害虫。在这些害虫中，对农作物最具破坏性的是褐飞虱。最近，在亚洲，褐飞虱已经对各种杀虫剂产生了抗药性，包括常用的吡虫啉。来自九州冲绳农业研究中心、NARO的Tomohisa Fujii博士和他的同事们使用了来自三个不同来源的数据(数据集、实验和田野)来发现吡虫啉和其他同类杀虫剂(新烟碱类)之间的交叉耐药性模式。

食品工业中的害虫会导致巨大的经济损失。可以改变神经的新烟碱类等杀虫剂被用来消灭害虫和减少产量损失的风险。但是抗性和交叉抗性是行业内的核心问题;对一种杀虫剂的抗药性如何影响对另一种杀虫剂的抗药性?交叉抗性的模式并不总是清楚的。

防治褐飞虱的除害剂的效力(摘要研究选择性)最近在亚洲的波动，藤井智久博士和他的同事想找出原因。他们开始收集关于褐飞虱对杀虫剂的长期数据，并将这些数据与田间和实验试验数据进行整理，以发现交叉抗性模式。该小组对吡虫啉(一种新烟碱类)这种杀虫剂在各国的抗药性如何变化特别感兴趣。通过揭示吡虫啉抗药性如何导致其他新烟碱类交叉耐药性，他们希望有助于有效的杀虫剂抗药性管理。

褐飞虱的
褐飞虱是水稻(Oryza sativa)的害虫。它生活在亚洲的温带和热带地区。当这些昆虫瞄准一株水稻时，水稻就会失去金色的光泽，并在死亡前变成棕色。这将导致产量损失，对农民、经济和人们的饮食都有影响。褐飞虱还充当了水稻和两种病毒之间的桥梁或“载体”:水稻粗糙矮缩病毒和水稻草矮缩病毒。载体有助于将病毒传播给宿主——通过这种方式，褐飞虱对植物健康有双重影响。

像许多疾病一样，预防比治疗更好(也更便宜!)所以农民在他们的土地上喷洒杀虫剂。自20世纪90年代以来，新烟碱类杀虫剂和苯吡唑类杀虫剂在预防褐飞虱入侵方面取得了成功。然而，一些新烟碱类药物的效果开始出现波动。

杀虫剂耐药性
当突变(遗传物质的变化)意味着杀虫剂不再影响被控制的害虫时，就会产生抗药性——这意味着杀虫剂不能减少害虫的数量。导致抗药性的突变也会使害虫对其他类似类型的杀虫剂产生抗药性。通过接触类似物质而产生对一种物质的耐药性称为交叉耐药性。

新烟碱类化合物通过靶向昆虫的中枢神经系统(CNS)起作用。如果发生突变，改变中枢神经系统使其具有抗药性，那么这种昆虫很可能会对其他改变中枢神经系统的杀虫剂产生抗药性。这发生在吡虫啉(一种新烟碱类药物)和噻虫嗪(另一种新烟碱类药物)之间。

杀虫剂的敏感性
杀虫剂敏感性是一系列的测试，以确保害虫控制处理仍然有效。如果它不起作用，那就意味着必须发明新的、更有效的药物，否则农民就应该改变他们的方法。计算出一定剂量的农药杀死实验中一半动物所需的量。其结果被称为LD50水平。

显然，杀虫剂和褐飞虱之间的关系是复杂的。

解决方案
Tomohisa Fujii博士和他的同事收集了已经存在的数据，并将其与他们自己的实验室实验和现场实验相结合(Fujii等人，2019)。实地研究虽然有帮助，但不允许对农民控制之外的变量进行严格的操作。这些因素包括环境的外部温度和害虫本身的遗传物质。

研究人员的目标是看到“更大的图景”，以检测抗药性是如何在新烟碱类杀虫剂中起作用的。他们通过现场和实验室实验使这幅图尽可能清晰和准确。使用来自菲律宾和越南的昆虫，是因为它们的遗传背景迥然不同(不同国家的选择压力不同)。

现场试验
褐飞虱是从没有使用过杀虫剂的土地上采集的。对吡虫啉、噻虫嗪、噻虫胺、呋虫胺和尼吡虫胺5种新烟碱类杀虫剂进行敏感性监测。一种农药(氟虫腈)来自不同类别的农药(苯吡唑)作为比较。

实验室实验
选用室内筛选的抗吡虫啉褐飞虱菌株。该团队使用吡虫啉之前开发的局部应用方法(Matsumura等, 2014)。这种方法需要先麻醉长翅膀的雌性，然后把这种物质涂在它们的胸部。测试了不同浓度的杀虫剂。24小时后，褐飞虱死亡的数量被记录下来。

没有死亡的成年雌虫和一些雄性昆虫一起被放在饲养箱里。交配发生后，抗性基因被传递下去，并产生一个新的实验室选择的菌株。为了创造一个对照菌株(这很重要，这样研究人员就可以确保另一个变量不会改变其行为)，丙酮也采用了类似的方法。

结果
田间对吡虫啉的耐药性与噻虫嗪和噻虫胺的耐药性密切相关。对吡虫啉的抗药性对呋虫胺、尼吡虫胺和氟虫腈的影响不大。室内研究表明，吡虫啉抗药性显著影响杀虫剂对噻虫嗪和噻虫胺的抗药性。噻虫嗪和噻虫脒的交叉抗性受吡虫啉抗性的影响。

显然，杀虫剂和褐飞虱之间的关系是复杂的。

为什么会发生这种情况?
吡虫啉耐药性明显增加了对噻虫嗪和噻虫尼的耐药性风险。然而，几乎没有证据表明吡虫啉耐药性与尼吡肟和呋虫胺耐药性有关。研究人员假设，酶活性或化学结构是造成抗性差异的原因。虽然这些杀虫剂都是新烟碱类杀虫剂，但其化学结构可以改变交叉抗性。一种特殊酶P450的活性也可能影响吡虫啉的抗性。

结论
因此，尽管抗药性在亚洲是一个大问题，研究人员已经进行了一系列试验，提出了一种切实可行的方法来帮助对抗和减缓它。如果有对吡虫啉和/或噻虫嗪有抗药性的昆虫，则仍可使用呋虫胺和尼吡虫胺，因为它们不受吡虫啉抗药性的影响。如果抗药性进一步增加，就可以制定政策，制定营销策略，以确保杀虫剂抗药性管理的效率和有效性。

此外，还应进行更多的研究，分析抗性昆虫的机体过程。应进一步研究褐飞虱体内的酶活性，以辅助抗虫褐飞虱的管理。未来，研究人员应着眼于研究多种农药对不同物种的交叉污染模式。