Molecular Mechanism of ABC Transporter Mdr49A Associated with a Positive Cross-Resistance in Transgenic Drosophila

Keon Mook Seong^*, Barry R. Pittendrigh¹

Department of Applied Biology, College of Ecology and Environment, Kyungpook National University, Sangju, Korea
¹Department of Entomology, Michigan State University, East Lansing, MI, USA

^*Corresponding author: kseong6@knu.ac.kr

Abstract

The ATP-binding cassette (ABC) transporter superfamily represents the largest transmembrane protein that transports a variety of substrates across extra- and intra-cellular membranes. In insects, the ABC transporter proteins play crucial roles in insecticide resistance. To date, no studies have investigated the involvement of ABC transporter gene for cross-resistance to insecticide chemistries. Here, we studied such possible mechanisms against six conventional insecticides using transgenic Drosophila melanogaster strains carrying Mdr49 transcript variant A. For the 91-R and 91-C strains of Drosophila melanogaster, although they have a common origin, 91-R has been intensely selected with DDT for over 60 years, while 91-C has received no insecticide selection. Our transgenic analyses showed that overexpression of 91-R-MDR49 transcript variant A along with three amino acid variations can yield a relatively low degree of cross-resistance to carbofuran (2.0~6.7-fold) and permethrin (2.5~10.5-fold) but did not show cross-resistance to abamectin, imidacloprid, methoxychlor, and prothiofos as compared to the Gal4-driver control strain without transgene expression. These results indicate that the overexpression of Mdr49A in itself leads to a cross-resistance and three amino acid changes have additional effects on positive cross-resistance to carbofuran and permethrin.

형질전환 초파리를 이용한 Mdr49A 유전자의 살충제 교차저항성 기능 구명

성건묵^*, Barry Pittendrigh¹

경북대학교 생태환경대학 생물응용전공, ¹미시건주립대학교 곤충학과

초록

ATP-binding cassette (ABC) transporter는 다양한 기질을 세포 밖과 세포 안으로 수송하는 대표적인 수송단백질이다. 곤충에서 ABC transporter는 살충제에 대한 저항성을 발달시키는 중요한 역할을 한다. 현재까지 모델곤충인 초파리를 대상으로 ABC transporter의 살충제 교 차저항성에 관한 연구는 많이 수행되어오지 않았다. 본 연구에서는 ABC transporter에 속하는 Mdr49A 유전자가 여섯 종류의 살충제에 보이는 교차저항성 기작을 형질전환 초파리를 이용하여 구명하였다. 초파리 91-R과 91-C 계통은 공통된 조상으로부터 유래되었으며 91-R은 60년 이상 DDT에 노출되었지만 91-C는 어떠한 살충제에도 노출되지 않고 유지되어 왔다. 91-R 계통의 MDR49A 단백질에서 유래된 3개의 아미노산 돌 연변이를 형질전환 초파리에 과발현 시켰을 때 carbofuran에 대해서 2.0~6.7배 그리고 permethrin에 대해서 2.5~10.5배의 교차저항성을 나타 낸 반면 다른 약제, abamectin, imidacloprid, methoxychlor, prothiofos에 대해서는 어떠한 교차저항성도 나타내지 않았다. 이상의 결과는 Mdr49A 유전자의 과발현과 더불어 3개의 아미노산 돌연변이는 두 개 약제, carbofuran과 permethrin에 대해 교차저항성 기능을 한다고 제시하 고 있다.

Figure

Table

Vol. 40 No. 4 (2022.12)

Journal Abbreviation Korean J. Appl. Entomol.
Frequency Quarterly
Doi Prefix 10.5656/KSAE
Year of Launching 1962
Publisher Korean Society of Applied Entomology

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submission.entomology2.or.kr

KSAE

The Korean Society of Applied Entomology

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