動物所棉鈴蟲細胞色素P450研究取得新進展

　　棉鈴蟲Helicoverpa armigera是重要的農業害蟲，危害多種作物。棉鈴蟲具有廣泛的寄主并對常用殺蟲劑產生了抗藥性是其大發生的兩個重要因素。以細胞色素P450為代表的解毒酶系對植物次生物質和殺蟲劑等外源性化合物的代謝解毒作用被認為是棉鈴蟲化學防御的主要武器，在棉鈴蟲對環境的適應中起著非常重要的作用。由于細胞色素P450在研究技術上難度較大，至今有關棉鈴蟲細胞色素P450種類、結構、功能和調控的知識還非常缺乏。

　　中國科學院動物研究所農業蟲害鼠害綜合治理研究國家重點實驗室邱星輝研究組，通過對棉鈴蟲細胞色素P450新基因的克隆鑒定，揭示了棉鈴蟲細胞色素 P450的分子多樣性。通過對兩個近緣關系很近的同源基因CYP9A12與CYP9A17的比較研究發現，雖然兩者的基因序列和基因組結構高度相似，但在轉錄調控方面(基礎表達和誘導表達)存在明顯差異。利用基于最大似然法的統計學模型從CYP9A亞家族的13個細胞色素 P450基因中檢測出了6個正選擇位點，根據已解析的細胞色素P450蛋白結構預測了棉鈴蟲CYP9A17蛋白結構，結果顯示這6個氨基酸位點均位于 P450的底物結合區域(SRS)或底物進入催化位點的通道，表明它們的加速進化可能對P450底物的特異性與代謝活性產生重要影響。通過研究四種不同外源性化合物對9種CYP6和 CYP9家族的細胞色素P450基因的轉錄調控效應發現，棉鈴蟲細胞色素P450基因具有復雜的表達調控網絡，不同細胞色素P450基因的轉錄表達因化合物的種類與濃度不同而有差異，并表現出一定程度的組織特異性。

　　細胞色素P450是基因超家族，多種細胞色素P450共存于同一生物體被認為是基因重復和隨后長期進化的結果。基因重復是非常普遍的生物現象，為新基因的產生提供了原材料，在生物進化過程中發揮著非常重要的作用。通過上述研究，研究人員提出了棉鈴蟲細胞色素P450基因轉錄調控水平的亞功能化以及蛋白質水平的適應性進化的證據，推測這些進化機制可能導致棉鈴蟲細胞色素P450種類、生化和生物學功能以及基因表達調控模式的多樣化。研究結果可以部分解釋棉鈴蟲能耐受不同寄主植物中的有毒次生性物質、對化學殺蟲劑容易產生抗藥性，因而長期以來成為農作物主要害蟲的原因。

　　以上研究得到了國家973項目(2006CB102003)和國家自然科學基金(No. 30370946)的資助。研究結果發表在昆蟲毒理學的主流刊物Pest Management Science和Pesticide Biochemistry and Physiology上。

　　相關論文：

　　Zhou X., Ma C, Sheng C, Liu H, Gong P, Qiu X*, 2010, CYP9A12 and CYP9A17 in the cotton bollworm, Helicoverpa armigera: sequence similarity, expression profile and xenobiotic response. Pest Management Science,66:65-73.

　　Zhou X, Sheng C. Li M. Wan H. Liu D, Qiu X*, 2010. Expression responses of nine cytochrome P450 genes to xenobiotics in the cotton bollworm Helicoverpa armigera, Pestic. Biochem. Physiol. 97：209-213.