中华按蚊CYP6Y亚家族基因的鉴定和生物信息学分析

【目的】鉴定中华按蚊Anopheles sinensis CYP6Y亚家族基因,分析它们的结构和特征,推测其可能的功能。【方法】以冈比亚按蚊An. gambiae CYP6Y1作为询问序列,通过双向Blast方法检索中华按蚊转录组中CYP6Y亚家族基因,并通过生物信息学方法分析基因结构、特征及可能的功能。【结果】从中华按蚊转录组测序数据中鉴定出2条CYP6Y亚家族基因,分别命名为AsCYP6Y1（GenBank登录号：KF709397）和AsCYP6Y2（GenBank登录号：KF709398）。序列分析显示,AsCYP6Y1和AsCYP6Y2全长分别为1 713 bp和1 815 bp,分别编码502和526个氨基酸。基因结构分析显示,该亚家族基因仅含有1个相位1型内含子并与其他P450基因形成保守的共线性分布。蛋白结构分析显示,这2个基因编码的蛋白含P450特有的5个特征序列和6个底物结合位点,且均不存在信号肽,其亚细胞定位为细胞质。3D结构分析显示,AsCYP6Y1有18条α螺旋和13股反向平行的β折叠,AsCYP6Y2有19条α螺旋和11股反向平行的β折叠。通过同样的方法,在达林按蚊An. darlingi中也鉴定出2个CYP6Y亚家族基因。系统进化分析显示,AsCYP6Y1和AsCYP6Y2分别与其他3种按蚊的CYP6Y1和CYP6Y2聚成一支,Bootstrap值均大于90%。替换率分析显示,中华按蚊AsCYP6Y1和AsCYP6Y2与其他3种按蚊同源基因的Ka/Ks均小于1。相对进化速率分析显示,中华按蚊CYP6Y和CYP6M亚家族的相对进化速率均显著快于CYP6P亚家族,而CYP6Y和CYP6M亚家族之间没有显著差异。【结论】在中华按蚊和达林按蚊中存在2个CYP6Y亚家族基因,之前在冈比亚按蚊和不吉按蚊An. funestus中也发现2个CYP6Y亚家族基因,表明CYP6Y亚家族基因可能在按蚊属广泛存在,且可能为按蚊属昆虫所特有。     

CYP2D亚家族基因在脊椎动物中的研究进展

细胞色素P450(CYP)对有机体的生存至关重要。CYP2D亚家族是CYP超家族的一个成员,在哺乳类、鸟类和两栖类都有发现,该亚家族因能对临床上很多药物进行代谢而得到广泛关注。由于在人类药品氧化Ⅰ相起重要催化作用,CYP2D亚家族基因研究主要集中在哺乳动物中的模式种,而在其他脊椎动物中研究比较少。本研究从CYP2D亚家族基因在脊椎动物(哺乳类、鸟类、两栖类和其他动物)中的进化研究,以及不同动物CYP2D基因与人类CYP2D基因的同源性方面进行综述。     

细胞色素P450在植物三萜和甾醇骨架修饰中的功能研究进展

植物三萜类化合物在植物生长发育、抵御逆境胁迫与病虫害、生物间相互作用以及传递信息等方面发挥重要作用,植物甾醇具有重要的药用价值.细胞色素P450单加氧酶(CYP450)是参与植物代谢的最大酶家族,在三萜及甾醇骨架结构多样化及功能化修饰中具有关键作用.到目前为止,研究发现约有80个CYP450参与植物三萜代谢,包括亚家族CYP51H, CYP71A, D, CYP72A, CYP81Q, CYP87D, CYP88D, L, CYP93E, CYP705A, CYP708A和CYP716A, C, E, S, U, Y,它们参与包括特定病原体的化学防御功能和药理活性的三萜及其皂苷类化合物的代谢.亚家族CYP51G, CYP85A, CYP90B-D, CYP710A, CYP724B和CYP734A与甾醇和类固醇激素的生物合成有关.本文针对CYP450基因在三萜及甾醇化合物形成过程中不同位点的修饰功能进行概述,重点探讨了陆地植物CYP450基因11个家族的进化及在双子叶、单子叶植物中五环三萜物质合成过程中的功能.以期为充分利用具有重要价值的抗肿瘤、抗艾滋病的三萜物质的合成生物学的研究及其代谢调控提供进一步的理论依据.     

家蚕细胞色素P450的基因组学分析

细胞色素P450参与许多基础代谢过程, 确保有机体避免外源复合物对它们的伤害. 将预测的家蚕基因同已知的P450基因进行蛋白质序列比对, 在家蚕基因组中发现86个可能的细胞色素P450基因, 初步将它们归于32个P450亚家族. 通过比较基因组学分析, 发现细胞色素P450基因在果蝇与家蚕中的分布规律具有总体上的相似性, 但在某些P450基因家族中的分布也有差异. 特别是在CYP4A, CYP4C, CYP4D, CYP6A, CYP6AE, CYP6B和CYP9A等7个亚家族中P450s差异分布更明显. 进一步将这些P450基因的DNA序列与家蚕ESTs进行核酸序列比对, 其中49个可能P450基因发现有ESTs证据, 证明了这些基因在转录水平的真实性.     

豌豆蚜基因组P450基因家族的分析

细胞色素P450在各种内源和外源物质代谢中起着非常重要的作用。利用豌豆蚜Acyrthosiphon pisum基因组mRNA和氨基酸数据库研究P450基因功能的进化规律。通过生物信息学方法对豌豆蚜全基因组P450进行分析, 结果显示: 在豌豆蚜基因组中发现69个P450基因, 它们分别属于13个P450家族和18个亚家族, 是一个典型的多基因家族。进一步将这些基因与豌豆蚜ESTs数据库进行了比对分析, 其中39个候选基因有EST证据, 证明了这些P450基因在转录水平的真实性。以氨基酸相似度大于60%为标准对豌豆蚜基因组中P450基因进行分组, 69个P450基因中, 除18个基因序列因差异太大, 不能被归入任何一组, 其余51个可归入10个组, 其中8个组(包含47条序列)适合于正选择和基因转换分析。正选择和基因转换分析结果表明: 仅有1个组(含9个基因)显著受到正选择压力作用, 正选择概率大于95%的氨基酸位点分别是20T和27N, 20T位于底物识别位点SRS1, 27N位于D. helix; 有3个组(包含8个基因）显示显著的基因转换事件。 参与基因转换的基因均为CYP4家族成员, 分别是CYP4C, CYP4G和CYP4V亚家族。 参与基因转换的成员之间的蛋白相似度较高（70％~95％）, 且XM_001944991与XM_001951794同存在于SCAFFOLD12542上, XM_001945510与XM_001944057同存在于SCAFFOLD7010上。这可能暗示豌豆蚜P450基因通过基因复制, 然后通过基因转换使P450获得新的功能, 以适应多变的生存环境。此外, 鉴定出20个不同的基序, 其中有5条基序在90％以上的基因中出现。      

噻虫嗪对意大利蜜蜂6种CYP6AS基因表达的影响

细胞色素P450单氧酶(cytochrome P450 monooxygenase,CYP)是昆虫体内重要的解毒酶。CYP6AS亚家族基因特异性的存在于膜翅目昆虫中,一些特异性的CYP6AS基因已经被证实参与到蜜蜂对某些外源物质和杀虫剂的解毒和代谢过程中。本研究主要探测了亚致死浓度噻虫嗪对意大利蜜蜂Apis mellifera ligustica CYP单氧酶活性及CYP6AS亚家族基因表达水平的影响。首先测定了噻虫嗪LC_(10)和LC_5经口处理4日龄意大利蜜蜂后48 h CYP酶活性,然后应用荧光定量PCR技术检测了6种CYP6AS基因(CYP6AS3,CYP6AS4,CYP6AS5,CYP6AS10,CYP6AS14和CYP6AS15)表达变化情况。结果表明,噻虫嗪LC_(10)和LC_5处理后,意大利蜜蜂CYP酶活性均极显著增加(P0.01)。噻虫嗪LC_(10)和LC_5处理对意大利蜜蜂CYP6AS4,CYP6AS10和CYP6AS15基因表达没有显著影响;LC_(10)和LC_5处理后CYP6AS3基因表达量显著增加(P0.05); LC_(10)处理能够显著诱导CYP6AS5基因上调表达(P0.05);而LC_(10)和LC_5处理极显著抑制CYP6AS14基因的表达(P0.01)。这为进一步探究蜜蜂对噻虫嗪的解毒机制提供了新的线索。     

昆虫细胞色素P450基因的多样性、进化及表达调控

细胞色素P450单加氧酶（cytochrome P450 monooxygenases, P450s）是由多个功能相关的亚铁血红素 硫醇盐蛋白基因组成的一个基因超家族, 在各种内源和外源物质的代谢中起着主要作用。目前GenBank中注册的昆虫P450基因序列已超过1 000个, 其中双翅目占序列总数的74%, 鳞翅目占序列总数的16%。而昆虫P450基因序列已克隆的全长序列中大部分属于CYP4和CYP6家族, 两个家族成员分别占总数的20%和45%。利用GenBank中现已注册的昆虫P450基因的cDNA全长序列进行比对并绘制进化树, 揭示不同种类昆虫P450的亲缘关系。结果显示基于P450基因的昆虫部分目的进化关系与大部分先前依据其他分子数据或形态分类学得到的昆虫系统进化关系基本吻合。现有研究表明, 细胞色素P450基因的表达可能受顺式作用元件(cis-acting element)、反式作用因子(trans-acting factor)或两者共同调控, 调控可能涉及转录增强的转录机制或mRNA稳定性增加的转录后机制。     

亚致死浓度氰氟虫腙对小菜蛾三种解毒酶及P450 mRNA表达量的影响

【目的】为探讨亚致死浓度氰氟虫腙对小菜蛾Plutella xylostella(L.)3种解毒酶和细胞色素P450基因表达量的影响。【方法】采用叶片浸渍法,测定用氰氟虫腙LC10和LC25处理72 h后小菜蛾羧酸酯酶、谷胱甘肽S-转移酶和多功能氧化酶3种解毒酶的活性;应用实时荧光定量PCR(Real-time PCR)方法测定了其在24、48和72 h时对P450基因(Px CYP4、Px CYP6和Px CYP9家族)表达的影响。【结果】结果表明,氰氟虫腙LC10和LC25处理对羧酸酯酶活性影响不显著;对谷胱甘肽S-转移酶活性存在显著抑制作用(P<0.05);LC25处理后多功能氧化酶活性显著增加(P<0.05),为对照的1.39倍。同时,LC25氰氟虫腙处理组小菜蛾P450基因Px CYP4M19、Px CYP6BF1V2、Px CYP6CN1和Px CYP6CV2 m RNA的相对表达量分别为对照组的2.33~8.5倍、1.32~3.48倍、1.18~2.53倍、2.02~7.22倍。【结论】结果显示,氰氟虫腙可能通过诱导这4种P450基因m RNA的上调表达而增强了小菜蛾多功能氧化酶酶活性。     

小鼠 CYP2R1的异源表达及其对癌细胞增殖的差异作用

细胞色素P450 (cytochrome P450, CYP450)是一类血红素氧化酶。细胞色素P450家族2亚家族R成员1（cytochrome P450 family 2 subfamily R member 1, CYP2R1）是一种主要在肝组织中表达的维生素D羟化酶。目前,对于小鼠CYP2R1蛋白质的结构、物化特性和病理机制的理了解仍十分有限。本研究结合基因克隆和生物信息学分析,获得小鼠CYP2R1基因CDS序列及其生物学特征。随后,利用pcDNA3.1-CYP2R1真核表达载体,通过细胞划痕、MTT分析、real-time qPCR方法检测异源表达CYP2R1对肺癌细胞A549、胃癌细胞7901、肝癌细胞HepG2以及正常细胞HEK293T细胞的迁移、增殖和细胞周期基因表达的影响,探明其对癌细胞增殖的作用。结果显示,由C57BL/6小鼠肝组织的CYP2R1基因,序列长度1 506 bp,其中,CD_S 468 bp。其编码的155个氨基酸,与其他11个物种间的同源性均较高,其三级结构与人CYP2R1略有不同。构建的pcDNA3.1-CYP2R1真核表达载体,可在体外培养细胞中提高CYP2R1基因mRNA表达105倍以上,蛋白质水平提高约30倍。值得注意的是,异源表达CYP2R1在癌细胞增殖中的作用具有差异性,其中,CYP2R1通过显著降低细胞周期蛋白基因CyclinD1(P<0.05)和Caspase3(P<0.01),而抑制7901细胞的增殖。该研究结果为进一步探索CYP2R1的生物学作用,特别是在分析其对癌细胞增殖方面提供了基础研究数据,并为进一步明确CYP2R1在癌症相关治疗中的重要意义奠定了理论基础。     

草地贪夜蛾解毒代谢相关基因家族的进化分析

近年来草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda在世界各地猖獗为害,其寄主范围广,且已对多种化学药剂和转Bt玉米产生抗性。本文对包括草地贪夜蛾在内的14种昆虫进行了解毒代谢相关基因家族的注释,在草地贪夜蛾中发现了152个细胞色素P450(cytochrome p450,P450)、92个ABC转运蛋白(ATP-binding cassette transporter,ABC transporter)、44个谷胱甘肽转移酶(glutathione s-transferase,GST)以及39个尿苷二磷酸葡萄糖醛酸转移酶(UDP-glucuronosyl-transferase,UGT)。与其他鳞翅目物种相比,草地贪夜蛾的P450和GST基因数量最多,其中152个P450基因可被归类至Mito、CYP2、CYP3和CYP4四个簇中;Mito和CYP2簇的P450基因总数与家蚕Bombyx mori相近,但CYP3和CYP4簇的P450基因明显多于家蚕,进化分析结果显示CYP3和CYP4簇的P450基因发生了明显的扩增;与家蚕P450基因的共线性分析发现草地贪夜蛾89个P450基因在其基因组上呈簇分布并发生了簇的扩增;与家蚕相比,GST和ABC转运蛋白家族基因的数量明显增多。UGT基因家族没有明显增加,但在基因进化分析中有成簇现象,表明可能存在近期的扩增事件。本研究首次从基因组水平鉴定了草地贪夜蛾解毒代谢相关基因家族,对理解草地贪夜蛾的生物学特性及抗性的形成具有重要指导意义。