北京市农林科学院最新研究揭示了二斑叶螨对农药的抗药性快速进化的原因

农药抗性的遗传基础已被广泛研究，但该领域中这一进化过程的确切性质通常尚不清楚，特别是当考虑有限数量的种群并且进化事件与其研究之间存在滞后时。

2025 年 8 月 11 日，北京市农林科学院植物保护研究所魏书军、墨尔本大学Ary A Hoffmann共同通讯在eLife 在线发表题为：Recurrent mutations drive the rapid evolution of pesticide resistance in the two-spotted spider mite Tetranychus urticae的研究论文。该研究发现节肢动物害虫二斑叶螨 (Tetranychus urticae) 中前所未有的大量循环进化突变驱动了对最近商业化的杀螨剂 cyetpyrafen 的抗性的快速进化。

作者首先观察到高水平的抗性在三年内出现并广泛传播。基因组扫描揭示了种群间抗性的遗传异质性，并确定了 15 个目标突变，包括农药靶标琥珀酸脱氢酶亚基 sdhB 的五个氨基酸残基上的六个突变，以及亚基 sdhD 的三个氨基酸残基上的九个突变，其中一个残基上有多达五个替换。在2,317个筛选的历史样本中未发现任何突变，这表明突变是通过新生替换或非常罕见的分离突变快速产生的。相同的突变在不同的遗传背景下反复出现，增加了抗性进化的可能性。该害虫靶位抗性进化的大量突变选择对抗性管理实践提出了挑战。

农药抗药性的产生代表着当代生物在应对人类活动压力下的快速进化。自 1914 年首次记录介壳虫对农药产生抗药性以来，节肢动物、杂草和病原体中的抗药性病例呈指数级增长，对农业生产、人类健康和环境构成威胁。这促使人们试图阻止抗药性的进化，或至少减缓其在种群中的出现。抗药性管理的一项关键任务是了解田间种群中抗药性的演变，在田间种群中，特定的突变可能曾经发生并通过基因流传播，或者通过多次独立的替换进化而来，而抗药性相关突变可能早于（现有遗传变异）或在农药选择压力引入之后出现（从头突变）。

理解抗药性演变的一个挑战是，在实验室产生的抗药性菌株中观察到的农药抗药性的遗传基础通常不能反映田间种群的情况，尤其是对于节肢动物害虫而言。田间种群通常比实验室种群大得多，而且遗传异质性更强。由于田间种群中存在更大潜在效应大小的稀有突变，涉及这些稀有突变的单基因抗药性可能比实验室产生的菌株更频繁地发生，尽管小效应基因座在田间抗性中也很重要。相反，实验室中的人工选择通常发生在有效种群规模小得多的种群中，并且选择的强度和模式通常有利于多个小效应变化的积累。当在实验室中选择出具有大效应的等位基因时，这些等位基因不一定能反映田间所有的抗性突变。实验室选择的抗性和田间进化的抗性之间的这种不匹配可能导致对抗性进化的理解不准确。

在理解田间抗药性演化方面面临的另一个挑战是，抗药性的遗传基础通常是在田间抗药性出现很久之后才进行回顾性研究。回顾性研究可能无法捕捉到在此期间发生的过程，例如通过基因流或新生突变引入的新等位基因，以及适应度成本，以及通过农药轮换改变选择机制，这些都可能导致抗药性等位基因的短暂性。农药施用前后保存的样本可用于回顾性地研究抗药性过程，但通常无法获得样本。持续的种群遗传监测有助于克服其中的一些问题，特别是如果了解了影响某个物种的种群过程，并在田间进化过程中识别了遗传基础和新的抗药性等位基因。

图1 Susceptibility of the two-spotted spider mite Tetranychus urticae to cyetpyrafen.（图源自eLife ）

在此，作者利用二斑叶螨 (TSSM)，二斑叶螨 (Acari: Tetranychidae) 对新型杀螨剂 cyetpyrafen 的抗性进化，提供当代抗性进化的详细信息。TSSM 是一种全球超级害虫，根据其作用方式，它已经对至少 11 组杀螨剂产生了抗性，并且是世界上抗性最强的无脊椎害虫。琥珀酸脱氢酶抑制剂 (SDHi) 杀螨剂 (IRAC 第 25 组) 于 2007 年首次推出，用于防治螨虫。四种化学品，包括 cyetpyrafen（2017 年在中国首次推出）、cyenopyrafen（2009 年在日本推出）、cyflumetofen（2007 年在日本推出）和 pyflubumide（2015 年在日本推出），在全球范围内都属于此类杀螨剂。已鉴定出针对这些新型杀螨剂的实验室选择性抗性，这种抗性是由编码sdhB和sdhD基因的SDH靶位突变引起的，突变发生在三个位点 。在中国，过去十年已登记了三种杀螨剂SDH抑制剂：丁氟螨酯（2013年）、氰吡螨酯（2017年）和氰吡螨酯（2019年）。自2017年上市以来，氰吡螨酯已成为防治红蜘蛛最常用的农药，尽管上市仅一年后就在田间检测到了低水平的抗性 。

作者通过反复监测田间TSSM对氰吡螨酯的抗性演变，追踪了其抗性发展，而此时抗性已在地理上相距遥远的种群中迅速发展到高水平。结合群体基因组学、实验室筛选、生物测定以及对引入氰吡螨酯之前的历史保存样本的研究，对抗性进行了研究。作者发现，多个反复进化的突变驱动了广泛地理范围内田间种群对氰吡螨酯的高水平抗性的快速发展。该研究还表明，这些突变很可能是在引入氰吡螨酯后从头进化而来的，尽管它们也可能源于在氰吡螨酯选择之前在种群中分离的极其罕见的突变。作者强调在纵向研究中将基因组学与其他方法相结合以捕捉快速进化变化动态的优势。

https://elifesciences.org/articles/106288