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昆虫体内有三大解毒酶系,分别为谷胱甘肽S-转移酶、酯酶、细胞色素P450氧化酶,它们的功能主要是分解外源有毒有害物质,或通过与有毒有害物质相结合,使得这些有毒物质无法到达作用靶标。野桑蚕和家蚕同属鳞翅目蚕蛾科,由共同祖先进化来的,家蚕长期在室内人工饲养,而野桑蚕经过自然选择,其种群和家蚕品种之间在抗性、遗传背景等方面都存在一定的差异。
为了了解家蚕和野桑蚕之间的三大解毒酶差异水平,采用酶活性动力学法测定家蚕和野桑蚕5龄第3天幼虫不同组织的解毒酶活性。谷胱甘肽-S-转移酶在脂肪体组织中的活性要高于中肠;家蚕脂肪体的GST活性为177.2±5.66nmol/min/mgprotein,野桑蚕的脂肪体GST活性为296±26.85nmol/min/mgprotein,是家蚕的1.67倍,差异显著;而家蚕和野桑蚕中肠组织的GST活性差异不大。酯酶活性在组织中以中肠活性最高,可以得知酯酶的水解作用主要发生在中肠中;家蚕中肠的酯酶活性为235.8±3.28nmol/min/mgprotein,野桑蚕中肠的酯酶活性为467.7±10.2nmol/min/mgprotein,是家蚕的1.98倍,差异显著;而家蚕和野桑蚕脂肪体组织的活性较低。野桑蚕的细胞色素P450氧化酶脂肪体活性高于中肠,而在家蚕中肠和脂肪体中很难检测到活性。野桑蚕的三大解毒酶活性都要高于家蚕,与野桑蚕杀虫剂抗性高于家蚕相一致。
昆虫解毒酶介导的抗药性主要有两种,一种是基因功能的改变,另一种是基因的超量转录,导致了抗性的进化。有研究结果表明,一些昆虫对杀虫剂抗性的增加是由于细胞色素P450氧化酶的改变造成的。比较和研究家蚕与野桑蚕细胞色素P450基因的结构和功能,可从分子生化机制上研究家蚕对农药的抗性。
基于此,利用RT-PCR方法从野桑蚕中肠组织中克隆了一个P450家族基因CYP9A20V1(GenBank登录号:FJ378716)。序列分析表明,该基因的开放阅读框(ORF)为1596bp,编码531个氨基酸,预测分子质量约61.4kD,等电点8.1。在线Blast分析结果表明:野桑蚕CYP9A20V1与家蚕CYP9A20的同源关系最近,同源性达到98.7%;与棉铃虫CYP9A12的同源性也达到57.1%。根据已知的P450蛋白序列结构进行比较分析,野桑蚕CYP9A20V1与家蚕CYP9A20氨基酸序列在底物识别位点SRS1、SRS2、SRS4、SRS6区域完全相同,在SRS3和SRS5区域的同源性分别是88.9%和94.1%,推测这2个基因具有相同的底物识别能力;野桑蚕CYP9A20V1与棉铃虫CYP9A12在SRS1、SRS4、SRS5、SRS6区域的同源性分别为47.1%、88.2%、76.5%和60%,在底物识别区域的同源性较高。初步推测野桑蚕CYP9A20V1基因可能与抗除虫菊酯类农药有关。
为了研究野桑蚕CYP9A20V1蛋白功能,我们利用Bac-to-Bac系统进行真核表达,并对其产物检测生物活性。构建一个Bac-CYP9A20V1重组病毒,用脂质体法转染Sf9细胞,获得表达产物。SDS-PAGE和Westernblotting分析显示,感染重组杆状病毒Bac-CYP9A20V1的细胞表达产物在约为64kD处出现特异性条带,与推导的蛋白大小相符。该表达产物以PNA为底物测定酶活力,正常Sf9细胞和感染Bacmid的Sf9细胞均未检测出PNOD活性,而感染Bac-CYP9A20V1细胞的活性为0.692±0.075nmol/min/mgprotein,体外真核细胞表达CYP9A20V1蛋白有着较强的O-脱甲基活性,表达成功,为下一步研究其结构和功能打下基础。