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Mutations in acetylcholinesterase genes of Rhopalosiphum padi resistant to organophosphate and carbamate insecticides

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Abstract:

Apple grain aphid, Rhopalosiphum padi (Linnaeus), is an important wheat pest. In China, it has been reported that R. padi has developed high resistance to carbamate and organophosphate insecticides. Previous work cloned from this aphid 2 different genes encoding acetylcholinesterase (AChE), which is the target enzyme for carbamate and organophosphate insecticides, and its insensitive alteration has been proven to be an important mechanism for insecticide resistance in other insects. In this study, both resistant and susceptible strains of R, padi were developed, and their AChEs were compared to determine whether resistance resulted from this mechanism and whether these 2 genes both play a role in resistance. Bioassays showed that the resistant strain used was highly or moderately resistant to pirimicarb, omethoate, and monocrotophos (resistance ratio, 263.8, 53.8, and 17.5, respectively), and showed little resistance to deltamethrin or thiodicarb (resistance ratio, 5.2 and 3.4, respectively). Correspondingly, biochemistry analysis found that AChE from resistant aphids was very insensitive to the first 3 insecticides (I50 increased 43.0-, 15.2-, and 8.8-fold, respectively), but not to thiodicarb (I50 increased 1.1-fold). Enzyme kinetics tests showed that resistant and susceptible strains had different AChEs. Sequence analysis of the 2 AChE genes cloned from resistant and susceptible aphids revealed that 2 mutations in Ace2 and 1 in Ace1 were consistently associated with resistance. Mutation F368(290)L in Ace2 localized at the same position as a previously proven resistance mutation site in other insects. The other 2 mutations, S329(228)P in Ace1 and V435(356)A in Ace2, were also found to affect the enzyme structure. These findings indicate that resistance in this aphid is mainly the result of insensistive AChE alteration, that the 3 mutations found might contribute to resistance, and that the AChEs encoded by both genes could serve as targets of insecticides.

Le puceron du merisier à grappes, Rhopalosiphum padi (Linnaeus), est un ravageur important chez le blé. On a rapporté en Chine que celui-ci aurait développé une résistance considérable aux insecticides carbamates et organophosphatés. Lors de travaux antérieurs, les auteurs ont cloné chez cette espèce deux gènes différents codant pour l’acétylcholinestérase (AChE), l’enzyme ciblée par les insecticides carbamates et organophosphatés. Une altération rendant celle-ci insensible à ces produits explique la résistance aux insecticides chez d’autres insectes. Dans ce travail, des souches résistante et sensible ont été développées et leurs gènes AChE ont été comparés pour déterminer si la résistance chez le R. padi résultait de ce mécanisme et si ces deux gènes étaient fonctionnels. Des bioessais ont montré que la souche résistante utilisée présentait une résistance élevée ou modérée au pirimicarb, à l’ométhoate et au monocrotophos (RR 263,8; 53,8 et 17,5; respectivement), mais peu de résistance à la deltaméthrine (5,2) et au dithiocarb (3,4). Conformément, les analyses biochimiques ont révélé que les AChE des pucerons résistants étaient beaucoup moins sensibles aux trois premiers insecticides (I50 43,0, 15,2 et 8,8 fois plus élevés) mais pas aux thiodicarbs (1,1 fois). Les tests de cinétique enzymatique ont montré que les souches résistante et sensible avaient des AChE différentes. L’analyse de la séquence des deux gènes clonés chez les pucerons résistant et sensible a révélé que deux mutations dans Ace2 et une mutation dans Ace1 étaient associées de manière constante avec la résistance. De celles-ci, la mutation F368(290)L dans le gène Ace2 est située à une position où des mutations entraînent la résistance chez d’autres insectes. Les deux autres mutations, S329(228)P chez le gène Ace1 et V435(356)A chez le gène Ace2, se sont avérées importantes pour la structure de l’enzyme. Ces résultats indiquent que la résistance chez ce puceron découle principalement de mutations rendant les AChE insensibles, que les trois mutations pourraient toutes contribuer à la résistance et que les AChE codées par les deux gènes seraient des cibles pour les insecticides.

Document Type: Research Article

Publication date: February 1, 2007

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