【摘 要】
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[背景]新烟碱类杀虫剂(neonicotinoid insecticides)是上世纪80年代发展起来的一种全新结构的超高效杀虫剂,由于它具有高效、广谱、药效持续时间长、对人兽低毒等优点,在我国农业生产环节中被广泛使用,然而亚致死剂量下的新烟碱杀虫剂对蜜蜂等授粉昆虫亦具有不同的毒性,这种毒性差异引起的蜜蜂毒害及其分子机制未得到深入解析.[目的]探讨Ac-CSP3与新烟碱类农药吡虫啉的结合过程中关键
【机 构】
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中国计量学院生命科学学院,浙江省生物计量及检疫检验重点实验室,杭州,310018
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[背景]新烟碱类杀虫剂(neonicotinoid insecticides)是上世纪80年代发展起来的一种全新结构的超高效杀虫剂,由于它具有高效、广谱、药效持续时间长、对人兽低毒等优点,在我国农业生产环节中被广泛使用,然而亚致死剂量下的新烟碱杀虫剂对蜜蜂等授粉昆虫亦具有不同的毒性,这种毒性差异引起的蜜蜂毒害及其分子机制未得到深入解析.[目的]探讨Ac-CSP3与新烟碱类农药吡虫啉的结合过程中关键氨基酸位点并阐释详细作用机理,为明确新烟碱类杀虫剂对蜜蜂的杀伤机理和结合机制提供理论依据.[方法]本研究通过荧光光谱分析技术研究并比较了中华蜜蜂化学感受蛋白CSP3分别与吡虫啉(对蜜蜂为高毒)和啶虫脒(对蜜蜂为低毒)之间的相互作用；并通过SWISS-MODEL预测Ac-CSP3蛋白结构,与吡虫啉进行Docking分析,确定其关键氨基酸位点,进行定点突变,并进行荧光光谱分析和热力学计算,并着重探讨了吡虫啉与Ac-CSP3的结合机理.[结果]结果表明,中蜂CSP3与吡虫啉在300K和310K时的时结合能力较强,表观结合常数KA分别达到2.45×106 L·mol-1和2.98× 105L·mol-1,且呈现为静态猝灭.热力学计算结果显示,其主要作用力为氢键和范德华力；Ac-CSP3与啶虫脒在300K和310K时的表观结合常数KA分别为8.24× 101L·mol-1和1.95× 104L·mol-1,亦为静态猝灭,而热力学计算结果显明其主要作用力为疏水作用力.根据Docking分析设计了3组点突变体即S6Y7G、R66G和K100F101G,在300K时与吡虫啉作用的KA值较野生型分别下降了96.2％、95.3％和75.5％,表明所有突变体均参与了Ac-CSP3与吡虫啉的相互作用,且S6Y7的贡献最大,R66次之,K100F101最小,暗示Ac-CSP3的主要作用结构位于N端.三者与吡虫啉的作用模式均为静态猝灭,与野生型一致.热力学结果显示,M3-R66G与吡虫啉的主要作用力变为疏水作用力,而K100F101G和S6Y7G仍为氢键和范德华力,表明R66主要贡献了氢键.由于R66和S6Y7G突变体与吡虫啉互作的KA值下降程度最大,表明Ac-CSP3的N端以及R66产生的氢键在其与吡虫啉的相互作用过程中可能起到了关键作用.[意义]本研究通过新烟碱类杀虫剂吡虫啉和啶虫脒对中蜂CSP3的结合机理分析,进一步阐明了新烟碱类杀虫剂对蜜蜂的毒性机理,从而对农田、果园等蜜源植物的病虫害防治提供指导,对改进害虫防治策略及杀虫剂的合理使用具有重要意义.
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