Resistance to chlorpyriphos and dichlorvos insecticides in Iranian populations of Bemisia tabaci (Hemiptera: Aleyrodidae)
이 연구는 이란의 담배가루온(*Bemisia tabaci*) 집단이 클로르피리포스와 디클로르보스에 대해 낮거나 중간 정도의 저항성을 보이며, 이는 주로 카르복시에스테라아제와 같은 대사 해독 효소에 의해 유발되지만 표적 부위 불감성 또한 기여할 수 있음을 밝히고 있다.
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농업의 숨겨진 세계에서, 면화 가루이(cotton whitefly)라고 알려진 아주 작은 곤충은 농부들에게 강력한 적수가 되었습니다. 이 작고 날개 달린 생물들은 토마토에서 면화에 이르기까지 수많은 작물의 즙을 빨아먹으며, 식물을 약화시키고 전체 수확량을 황폐화할 수 있는 바이러스를 퍼뜨립니다. 작물을 보호하기 위해 재배자들은 오랫동안 유기인계(organophosphates)라고 불리는 특정 독성 물질 그룹인 화학 스프레이에 의존해 왔습니다. 이 화학 물질들은 곤충의 핵심적인 신경 신호를 차단하여 작동하며, 이로 인해 곤충은 기능이 정지되어 죽게 됩니다. 그러나 자연은 끊임없이 움직입니다. 곤충이 이러한 독성에 반복적으로 노출되면, 생존자들은 다음번 투여량에도 견딜 수 있는 형질을 물려주는 경우가 많습니다. 이러한 진화적 군비 경쟁은 작년에 효과적이었던 스프레이가 오늘에는 실패할 수 있음을 의미하며, 이는 과학자들이 효과적인 관리 전략을 개발하기 위해 이 해충들이 정확히 어떻게 변화하고 있는지 이해하도록 만듭니다.
이란의 한 연구팀은 최근 이 문제에 주목하여, 전국 각지의 온실과 들판에서 채집된 일곱 가지 서로 다른 면화 가루이 집단을 조사했습니다. 그들의 목표는 이 곤충들이 두 가지 특정 유기인계 스프레이인 클로르피리포스(chlorpyrifos)와 디클로르보스(dichlorvos)에 얼마나 저항력을 갖게 되었는지 확인하는 것이었습니다. 과학자들은 단순히 곤충에게 스프레이를 뿌리고 죽은 수를 세는 것에 그치지 않고, 이 벌레들이 생존할 수 있게 해주는 내부 기제가 무엇인지 파악하고자 했습니다. 이를 위해 그들은 '시너지스트(synergists)'를 사용하는 영리한 테스트 방법을 사용했습니다. 시너지스트를 곤충의 내부 방어 시스템으로 들어가는 문을 일시적으로 잠그는 열쇠라고 생각해보십시오. 이 열들을 살충제와 함께 적용함으로써, 연구진은 가루이의 저항성이 독성을 중화하기 전에 화학 물질을 분해하는 능력 때문인지 확인할 수 있었습니다.
결과는 곤충이 서식하는 위치에 따라 저항성의 양상이 크게 달라짐을 보여주었습니다. 클로르피리포스에 노출되었을 때, 가루이 개체군은 가장 취약한 곤충보다 약 5배에서 32배 이상 강한 저항 수준을 보였습니다. 디클로르보스의 경우, 저항성은 일반적으로 더 낮았으며 약 2배에서 14배 사이였습니다. 미납(Minab) 지역의 개체군이 가장 제어하기 어려웠으며, 두 화학 물질 모두에 대해 가장 높은 수준의 저항성을 보였습니다. 반면 고르간(Gorgan)과 카샨(Kashan)의 개체군은 상대적으로 감수성이 유지되었습니다. 이러한 저항성의 조각난 양상은 농약을 얼마나 자주, 얼마나 강하게 살포하는지와 같은 지역적 농업 관행이 각 지역의 해충 진화를 직접적으로 형성하고 있음을 시사합니다.
저항성의 원인을 밝히기 위해, 연구진은 가루이 몸속의 특정 유형의 해독 효소를 차단하도록 설계된 세 가지 서로 다른 시너지스트를 사용하여 곤순을 테스트했습니다. 이 효소들은 독물이 곤충의 신경계에 도달하기 전에 화학 물질을 분해할 수 있는 작은 필터 역할을 합니다. 여러 개체군, 특히 고르간, 이스파한(Isfahan), 미납의 개체군에서는 이 효소들을 차단했을 때 클로르피리포스의 효과가 훨씬 더 강력해졌습니다. 예를 들어, 미납 개체군의 경우 트리페닐 포스페이트(TPP)가 표적으로 하는 효소를 차단했을 때 독성이 3.27배 증가했고, 디에틸 말레이트(DEM)를 차하는 효소를 차단했을 때는 독성이 4.96배 증가했으며, 사이토크롬 P450(PBO)을 차단하는 효소를 막았을 때는 2.98배 증가했습니다. 이는 대사 해독(metabolic detoxification), 즉 살충제를 화학적으로 분해하는 과정이 일부 가루이가 생존하는 주요 이유임을 확인해주었습니다. 그러나 그 효과는 균일하지 않았습니다. 일부 그룹에서는 효소를 차단해도 영향이 거의 없었는데, 이는 다른 요인들이 작용하고 있음을 시사합니다.
결정적으로, 연구진은 해독 효소를 성공적으로 차단했음에도 불구하고 곤충들이 항상 완전히 죽지는 않는다는 것을 발견했습니다. 이는 대사 저항성이 전부는 아니라는 점을 나타냅니다. 데이터는 많은 경우에서 가루이들이 두 번째 방어선을 구축했음을 시사하는데, 즉 독물이 타격해야 할 바로 그 신경 표적 자체에 변화를 주어 독성 물질에 대한 민감도를 애초에 낮추는 것입니다. 또한, 연구진은 두 화학 물질이 같은 계열에 속함에도 불구하고 한 화학 물질에 대한 저항성이 다른 화학 물질에 대한 저항성으로 자동 연결되지 않는다는 것을 관찰했습니다. 이러한 예측 불가능한 패턴은 농부들이 한 종류의 스프레이를 견뎌냈다고 해서 다른 종류도 견딜 것이라고 가정할 수 없음을 의미하며, 동시에 저항성이 각 지역 개체군마다 매우 복잡하고 특이적이라는 것을 의미합니다.
연구는 이란의 면화 가루이들이 이러한 흔한 스프레이에 대해 상당한 방어력을 발달시켰지만, 저항성이 아직 절대적인 단계는 아니라고 결론짓습니다. 이 곤충들은 현재 주로 화학 물질을 대사하는 능력과 일부 경우에는 신경계의 변화에 의해 주도되는 초기에서 중기 단계의 적응 과정을 거치고 있습니다. 저항성 수준이 지역마다 매우 다르기 때문에, 단일한 전국 단위의 해충 방제 방식은 실패할 가능성이 높습니다. 대신, 이번 연구 결과는 지역적 조건을 고려하고 다양한 종류의 제어 방식을 교대로 사용하는 맞춤형 전략의 필요성을 강조합니다. 이 해충들이 사용하는 구체적인 생물학적 도구를 이해함으로써, 과학자들은 농부들이 작물을 보호하기 위한 지속적인 전투에서 한 발 앞서 나갈 수 있도록 도울 수 있습니다.
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