Drosophila Melanogaste’ de Deltamethrin ve Thiamethoxam’a karşı oluşturulan insektisit direncinde P450,GST VE ABC sinyal yolaklarının rolü
Özet
İnsektisitler, insan ve çevre sağlığını olumsuz yönde etkileyen zararlılarla
mücadelede kullanılan kimyasal savaş etmenleridir. İnsektisitlere karşı direnç,
pestisitlerin etkili dozunun ya da daha yüksek dozlarınının kullanılması sonucu hedef
zararlı popülasyonunun genetik değişikliklerle kullanılan insektisite karşı
duyarlılığında azalma oluşturarak tarım zararlıları, hastalık vektörleri ve halk sağlığı
zararlılarıyla mücadeleyi zorlaştırmaktadır. Direnç gelişimi, entegre zararlı mücadele
yönetimi stratejilerini olumsuz etkileyerek, dirençli böceklerle mücadelede daha fazla
miktarlarda pestisit kullanımını gerektirmekte ve bu da su, toprak ve hava kirliliğine
neden olmaktadır. Piretroid sınıfı, Deltamethrin ve Neonikotinoid insektisit sınıfından
Thiamethoxam, çeşitli ev, çevre ve tarımsal zararlılara karşı yoğun olarak
kullanılmakta olan insektisitlerdir. İnsektisit uygulaması yapılan zararlı böcek
popülasyonlarının büyük bir kısmı birkaç gün içinde ölürken detoksifikasyon yeteneği
geliştirebilen dirençli böcekler hayatta kalabilmektedir. Çalışmalar, zararlı böcek
popülasyonlarının güçlü bir ilaç direnç mekanizması geliştirebildiğini göstermiş
olmasına rağmen direnç mekanizmaları hala tam olarak anlaşılamamıştır. Bununla
birlikte, yapılan çalışmalar insektisitlere uzun süreli ve tekrarlayan subletal dozlarda
yaşam boyu maruziyetin çoklu ilaç direncinin gelişmesinde hücresel mikro çevrenin,
transkripsiyonel düzenlemenin, metabolik aktivite ve bu gibi hücresel değişikliklerin
bir cevap oluşturabileceğini göstermiştir. Son çalışmalar, böceklerdeki çoklu ilaç
direnç mekanizmalarında Sitokrom P-450 Monooksijenaz, Glutatyon S-Transferaz
enzimleri ve ABC (ATP bağlayıcı kaset) taşıyıcı proteinlerinin önemli bir rol
oynadığını göstermiştir.
Bu tezin amacı Deltamethrin ve Thiamethoxam’ın tekli ve kombine olarak
uygulamalarının normal ve dirençli Drosophila melanogaster bireylerinde çoklu ilaç
direncine neden olan moleküler mekanizmaları açıklamak ve pestisit uygulamalarının
antioksidan, ısı şok proteinleri ve apoptoz gibi önemli hayati sinyal yolları üzerindeki
etkilerini araştırmaktır. Bu kapsamda, her iki insektisitin dirençli ve normal
Drosophila melanogaster bireylerinde çoklu ilaç direnci, böcek canlılığı, oksidatif
stres, ısı şoku ve apoptozun tepkisini qRT-PCR analiz yöntemi ile, morfolojik
analizler ise stereo mikroskop ile görüntülenerek analiz edilmiştir..
Deltamethrin ve Thiamethoxam’ın tekli ve kombine olarak uygulamalarının
multijenerasyonel sonucu olarak, Drosophila melanogaster dirençli bireylerinde
kontrollere kıyasla LD
50
seviyeleri Deltamethrin’de 1.92 kat, Thiamethoxam’da 9.2
kat ve Deltamethrin+Thiamethoam’da 2.4 kat artış oluştuğu belirlenmiştir.
Sonuçlarımız, CYP6A2, GSTE1 ve SUR genlerinin LD
50
dozlarındaki Deltamethrin
ve Thimethoxamın tekli ve kombine olarak uygulamalarında Drosophila melanogaster
erginlerinde gelişen çoklu ilaç direncinde, sırasıyla P450 detoksifikasyon
mekanizması, S-transferaz ve ABC kaset protein pompalarını aktif hale geçirerek
önemli bir rol oynadığını göstermiştir. İlave olarak, kontrollere kıyasla dirençli
sineklerde güçlü antioksidan savunma sinyalleri, ısı şoku tepkisi ve apoptoz
regülasyonu belirlenmiştir.
Sonuç olarak, tez bulgularımızın Drosophila melanogaster sineklerinin çoklu
ilaç direnci ve altında yatan moleküler mekanizmalarının daha derinden anlaşılması
için temel teşkil edeceğini ve önemli zararlı böceklerde çoklu ilaç direnci konusunda
daha ileri araştırmalar yapmak ve yeni ve etkili pestisit geliştirme stratejilerini
geliştirmek için kullanılacağını düşündük. Insecticides are an indispensable pest control agents and well known
environmental pollutant which is lethally affect several biological live form as well as
human. Resistance to insecticides is a heritable genetic change in the sensitivity of a
target insect population that is responses in the repeated failure of effective dose of
pesticides, and is main reason in collapse of control strategies for insect pests, plant
diseases vector and household insect pests. Resistance development, as it adversely
affects the all pest management strategies, pesticides used in large amounts to control
resistant widely insects lead to water, soil and air pollution. Deltamethrin is one of
used synthetic pyretroid and Thiamethoxam, main member of neonicotinoids are
intensively used against various household, environmental and agricultural pests. In
this sprayed area, the vast majority of pest population die within a few days, but
remain insects with detoxification capable can survive. Studies indicated that these
pest populations can develop a strong drug resistance mechanism. And yet, the cause
of this resistance-mechanism has not been clearly understood. However, the latest
studies showed that as well as exposure to contact with insecticides, long-term
treatments, and repetitive subletal doses of pesticide applications during a lifespan
may change the conditions of cellular microenvironment, transcriptional regulation,
metabolic activity and these alterations might create a cellular condition responsible
for the development of multidrug resistance. Recent studies have shown that
cytochrome P-450 monooxygenase, glutathione S-transferase enzymes and ABC (ATP
iii
binding cassette) carrier proteins play an important role in multiple drug resistance
mechanisms in insects.
The aim of this thesis to explain the possible molecular mechanisms by which
single and combined application of Deltamethrin and Thiamethoxam results in multi
drug resistance and to investigate the effects of pesticide applications on important
vital signalling pathways such as antioxidant, heat shock proteins and apoptosis in
both normal and drug resistance Drosophila melanogaster populations. We analysed
the cellular and molecular effects of both insecticides on multidrug resistance, insect
viability, oxidative stress, heat shock response, and induction of apoptosis in resistance
and normal Drosophila melanogaster population using stereo microscope,
morphometric analysis and qRT-PCR assays.
As a result of multigeneration single and combined applications of Deltamethrin
and Thiamethoxam, the LD
50
level increased 1.92 fold for Deltamethrin, 9.2 fold for
Thiamethoxam and 2.4 times for Deltamethrin + Thiamethoxam compared to their
respective control of Drosophila flies. Our result indicated that the CYP6A2, GSTE1
and SUR genes played major role of multidrug resistance mechanisms to Deltamethrin
and Thiamethoxam in Drosophila melanogaster flies via activating P450
detoxification pathway, cellular S-transferase and cassette protein pumps.
Additionally, the strong antioxidant defence signals, heat shock response and
regulation of apoptosis were clearly determined particularly in resistance flies
compared to controls.
In conclusion we thought that, our result will form the baseline for a deeper
understanding of the multidrug resistance and underlying molecular mechanisms of
Drosophila melanogaster flies and will be used to further studies on multidrug
resistance in important insect pests and improve new and effective pesticide
development strategies.
Koleksiyonlar
- Tez Koleksiyonu [1287]