摘要：化学杀虫剂滥用导致昆虫抗药性问题日渐突出，研究昆虫抗药性是为了更有效地防治害虫。基因芯片为害虫抗药性研究提供了理想的平台。综述了基因芯片技术在昆虫抗药性研究中的应用进展，重点总结了细胞色素P450氧化酶、酯酶、谷胱甘肽-S-转移酶等解毒酶基因和乙酰胆碱酯酶等靶标酶基因的表达情况，为在分子水平上研究昆虫抗药性提供了依据，为从基因组学水平深入、全面开展昆虫与农药的互作研究奠定了基础。
关键词：基因芯片；昆虫抗药性；解毒酶基因；靶标基因
中图分类号：S481+.4；S433；Q811.4 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）14-3335-06
DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.14.002
Application of Microarray Technology on Insect Resistance Research
WU Hua-Jun，LUO Lin-Lin，LIN Tong
（College of Forestry， South China Agricultural University， Guangzhou 510642，China）
Abstract： Abuse of chemical pesticides leads to the problem of insect resistance， which has become increasingly prominent. The objective of study on insect resistance is to control insect pests more effectively. The progress of application of microarray technology on insect resistance research， especially the expression of the genes encoding cytochrome P450 monoxygneases， estaesres， glutathione-S-transferases and acetylcholinestcrase were reviewed in this paper to provide the references for study on insect resistance at the molecular level and lay the foundation for comprehensive interaction research between insects and pesticides from the genomics level in-depth.
Key words： microarray； insect resistance； detoxifying enzyme gene； targe site gene
化学杀虫剂在人类近几十年的农业生产中扮演着重要角色，特别是在虫害综合治理方面起到了重要作用。但杀虫剂的大量持续性使用导致了昆虫抗药性的发生和发展，世界卫生组织（WHO）对昆虫抗药性的定义为：“形成具有耐受杀死正常种群大部分个体的药量的能力。”昆虫已对有机磷类、拟除虫菊酯类、氨基甲酸酯类等杀虫剂均产生了抗药性[1]。据报道，截至2007年至少有543种昆虫对杀虫剂产生了抗药性[2]。昆虫日益增强的抗药性造成了农作物的大量减产和害虫的再猖狂，农药的不合理使用甚至加剧了人类各种疾病的蔓延和环境污染，造成经济社会的重大损失。研究昆虫产生抗药性的机理对防止和延缓昆虫抗药性至关重要。确定昆虫抗性的产生、发展及抗性水平是提高害虫防治效果的关键。传统的抗药性检测方法由于存在费时、耗力、所需样虫数量大等不足，很难适应抗药性治理的需要[3]。近年来，基因芯片的出现和应用为害虫抗药性研究提供了理想的研究平台。
基因芯片技术是 20世纪 90年代发展起来的分子生物学技术，是各学科交叉综合发展的产物。1995年第一块基因微矩阵芯片在斯坦福大学诞生，并首先被应用于人类基因组的研究[4]。1996年世界上第一块商业化的基因芯片研制成功[5]。中国基因芯片产业从20世纪末起步，并已涉及到多个应用领域，主要产品包括基因表达谱芯片、有害生物监测芯片、转基因农产品检测芯片和人类病毒基因检测芯片[6]。同时，基因芯片在测量基因组大量基因表达水平上有着优异的表现，已经在许多不同的生物体上得到运用，包括酵母、线虫、人类、白鼠、果蝇和植物上[7-12]。基因芯片相比于传统的研究方法更快捷、高效地对昆虫抗药性的产生、发展机制做出检测，有助于人们从分子水平上去研究昆虫抗药性。
本文综合了国内外用基因芯片平台研究害虫抗药性的研究成果，综述了由基因芯片检测到的抗药性基因的表达变化情况和与此相关的昆虫抗药性产生及发展的分子机制，为在分子水平上研究昆虫抗药性提供依据，为从基因组学水平深入、全面开展昆虫与农药的互作研究奠定基础。
1 基因芯片概述
1.1 原理及特点
基因芯片原理是把核酸片段作为识别分子，按预先设置的排列固定于载体的表面形成微点阵，利用反向固相杂交技术，将标记的样品分子与微点阵上的核酸探针杂交，以实现多达数万个分子之间的杂交反应，并利用特定的检测系统来高通量、大规模地分析检测样品中特定基因分子的存在或者多个基因的表达状况[13]。基因芯片最显著的特点是高通量、高度并行性、高灵敏度[14]。
1.2 制作方法
用于构建基因芯片有多种方法，一类是点样法，即直接将大量合成好的探针通过机器人有序地点印在芯片表面。用这种方法，cDNA微阵列能在基板上点上万个克隆。另一类是在固相支持物表面进行的原位合成。原位合成又包括分子印章合成、压电打印和光引导等3种途径[15]。分子印章合成法是根据需要设计出一组图形不同的微阵列印章，然后把不同碱基的核苷酸涂在不同的印章表面，依次压印在基板表面；压电打印法通过压电晶体或其他方式从微小的喷嘴内把生物样品喷射到载体上，类似于喷墨打印技术；光引导即将光刻技术与DNA化学合成技术相结合，以化学合成的方法使DNA片段固定于芯片载体表面，一般用于寡核苷酸芯片的制作[16]。