堪萨斯州立大学的科学家们的研究为安全地控制害虫铺平了道路
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曼哈顿，堪萨斯州，美国，2012年4月9日，
堪萨斯州立大学的研究人员发现在多种昆虫中存在的两个基因应该成为新杀虫剂的目标。新杀虫剂将比当前使用的杀虫剂对人和环境更加安全。
堪萨斯州立大学的昆虫学教授朱昆严(Kun Yan Zhu)与堪萨斯州立大学、Mayo Clinc、俄克拉何马州立大学和中国农业大学的一个科学家团队一起在红色面粉甲虫中发现了两个不同的乙酰胆碱酯酶(AChE)基因的功能。对存储粮食和粮食产品，红色面粉甲虫是一个严重的、全球分布的害虫，可以在粮食仓储设施、面粉厂、食品杂货店、仓库和家中发现。
该研究小组的研究结果在2012年2月12日PLoS ONE杂志和2012年2月27日的科学报告杂志发表（http://www.nature.com/srep/index.html），这两份杂志都是在线科学期刊。
在昆虫和其他动物的神经系统中，乙酰胆碱酯酶（AChE）是一种重要的参与胆碱能神经递质的酶。乙酰胆碱完成信号传输功能后，该酶分解在突触间隙（两个神经细胞之间的空间）的神经递质乙酰胆碱。这样可以保持突触间隙清晰，q确保一个信号传输可以发生。
常用的有机磷杀虫剂，因为它们是乙酰胆碱酯酶的抑制剂，是神经毒剂，也被称为反乙酰胆碱酶。乙酰胆碱酯酶的抑制阻止乙酰胆碱的被酶分解。正因为如此，乙酰胆碱持续引发神经信号传递，从而导致过度刺激神经系统，并最终造成动物死亡。
多年来，人们知道在脊椎动物和昆虫中乙酰胆碱酯酶由单个基因编码。到2002年，由朱领导的研究小组有一个突破性发现。他们在一种叫greenbug的蚜虫中发现了第二个乙酰胆碱酯酶基因。在世界上，这种害虫往往对高粱、小麦和其它小杂粮造成严重损害。自从朱领导的小组在greenbug中发现了第二个乙酰胆碱酯酶基因，科学家们很快了解到许多昆虫种类具有两种不同的乙酰胆碱酯酶。
在科学期刊上被描述为“对毒理之谜的突破....”的早期工作导致了最新的研究，就是在研究红色面粉甲虫的两个基因中哪一个基因负责胆碱能神经递质。进而告诉科学家哪一个基因是反胆碱酯酶杀虫剂的目标，并通过目标基因突变赋予抗药性。
朱说：“在2002年报道了greenbug中发现乙酰胆碱酯酶的旁系同源基因后，许多科学家在其他昆虫物种中发现了乙酰胆碱酯酶的旁系同源基因。显然，大多数昆虫物种拥有两个不同的乙酰胆碱酯酶基因。 所以，问题是每一个基因的功能是什么。我们的研究首次提供了有力的证据，表明这个旁系同源基因负责胆碱能神经递质，而科学家们多年前就知道的第一个乙酰胆碱酯酶基因，现在被称为同源基因，不在胆碱能神经递质中发挥重要作用。”同源(Orthologous)基因源于物种形成的事件，而旁系同源(Paralogous)基因源于基因复制事件。
朱说：“在最近的研究选择红色面粉甲虫，主要是因为其强大的RNA干扰（RNAi）的反应。 RNAi是一种特定的和有效的致使基因功能失效的研究方法，可以应用到在几乎所有的大型复杂的生物体，包括动物，植物和真菌的物种。一旦一个RNAi被触发，它破坏一个特定基因的信使RNA或mRNA。这防止基因的翻译为产品的过程。通过使红色面粉甲虫的每一个乙酰胆碱酯酶基因沉默，通过RNAi干扰研究昆虫的反应，我们能够了解每个基因的功能。“
科学家们发现，红色面粉甲虫幼虫的旁系同源基因沉默导致100％的死亡率和增加幼虫对已知胆碱酯酶杀虫剂（例如西维因和马拉硫磷）的敏感性。相反，同源基因沉默没有导致昆虫死亡和对杀虫剂的敏感性增加，但昆虫生长发育延迟和减少雌性产卵和孵化。
朱说：“作为后果，我们观察到子代蛹和成虫的数量相对较低，并确定同源基因的RNAi的影响是通过雌性而非雄性起作用。“ 因此，同源的基因似乎没有胆碱能功能，而是在昆虫生长、雌性生殖和胚胎发育中起作用。
这一发现进一步强调旁系同源基因编码的乙酰胆碱酯酶应该是胆碱酯酶杀虫剂的靶标，而不是由同源基因编码的乙酰胆碱酯酶。大多数昆虫物种拥有这两个乙酰胆碱酯酶基因。然而，对于一些昆虫种类，如家蝇，仅拥有同源乙酰胆碱酯的基因。要控制这些害虫，还要依赖胆碱酯酶杀虫剂来抑制由同源乙酰胆碱酯酶编码的乙酰胆碱酯酶。
朱说：“根据由旁系同源基因（哺乳动物和其他脊椎动物没有发现该基因）编码的酶的一些独特的结构，研究人员潜在地可以研制昆虫特有的对环境安全的杀虫剂，用来控制农业害虫、人类和动物疾病的载体、和住宅昆虫害虫。”自1987年以来，朱一直从事杀虫剂毒理学的研究。事实上，梅奥诊所庞元平领导下的最新研究表明，为开发更安全的用于害虫防治的杀虫剂，由旁系同源基因编码的乙酰胆碱酯酶是一个有前途的靶标。
