Divergent amplifications of CYP9A cytochrome P450 genes provide two noctuid pests with differential protection against xenobiotics

生物 夜蛾 亚科 拟除虫菊酯 单加氧酶 遗传学 基因 细胞色素P450 杀虫剂 生物化学 生态学 重组DNA 新陈代谢
作者
Yu Shi,Qingqing Liu,Wenjie Lu,Jing Yuan,Yihua Yang,John G. Oakeshott,Yidong Wu
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [Proceedings of the National Academy of Sciences]
卷期号:120 (37): e2308685120-e2308685120 被引量:66
标识
DOI:10.1073/pnas.2308685120
摘要

Here, we provide mechanistic support for the involvement of the CYP9A subfamily of cytochrome P450 monooxygenases in the detoxification of host plant defense compounds and chemical insecticides in Spodoptera exigua and Spodoptera frugiperda . Our comparative genomics shows that a large cluster of CYP9A genes occurs in the two species but with significant differences in its contents, including several species-specific duplicates and substantial sequence divergence, both between orthologs and between duplicates. Bioassays of CRISPR-Cas9 knockouts of the clusters show that, collectively, the CYP9As can detoxify two furanocoumarin plant defense compounds (imperatorin and xanthotoxin) and insecticides representing three different chemotypes (pyrethroids, avermectins, and oxadiazines). However, in vitro metabolic assays of heterologously expressed products of individual genes show several differences between the species in the particular CYP9As with activities against these compounds. We also find that the clusters show tight genetic linkage with high levels of pyrethroid resistance in field strains of the two species. We propose that their divergent amplifications of the CYP9A subfamily have not only contributed to the development of the broad host ranges of these species over long evolutionary timeframes but also supplied them with diverse genetic options for evolving resistance to chemical insecticides in the very recent past.
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