拟环纹豹蛛细胞色素P450基因的鉴定及CYP3310B1功能初探

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细胞色素 P450 单加氧酶(cytochrome P450 monooxygenases,P450s)是种类多样且数量巨大的超家族酶系,编码具有广谱单加氧酶和相关活性的酶,是生物体两个最重要的单加氧酶系统之一。在节肢动物体内参与保幼激素、蜕皮激素、长链烃类等内源化合物的生物合成,以及信息素、脂肪酸和脂类的代谢和外源化合物如杀虫剂等的代谢,对生物体的生长发育具有重要意义。拟环纹豹蛛(Pardosa pseudoannulata)是我国南方稻田蜘蛛中的优势种群,在稻飞虱等主要害虫的防控上起到重要作用。目前,对节肢动物P450的系统研究主要集中在昆虫纲,而在蛛形纲中研究较少。拟环纹豹蛛P450全基因组鉴定分析为研究节肢动物P450进化关系和基因功能提供了依据。一、拟环纹豹蛛细胞色素P450酶的鉴定与系统进化分析通过检索拟环纹豹蛛基因组和不同组织转录组数据库,共鉴定出128个拟环纹豹蛛P450基因。根据P450命名委员会命名和系统发育分析,这128个预测的拟环纹豹蛛细胞色素P450分为四个家簇,即CYP2、CYP3、CYP4和线粒体家簇(Mitochondrial Clade),并进一步分为21个家族和47个亚家族。部分P450基因在scaffold上存在串联分布的现象,且串联分布的基因多属于同一亚家族,推测这可能是基因复制的结果。此外,基于18个物种的比较基因组分析,发现拟环纹豹蛛的P450基因家族出现扩张现象,所有扩张的P450基因均被归类为一个新的家族,即CYP4家簇的CYP3310家族,其KEGG注释为二十二碳六烯酸(C22H3202,DHA)羟化酶,可能通过羟化反应参与生物体内的多不饱和脂肪酸或者碳氢化合物的加工与代谢。二、拟环纹豹蛛CYP3310家族基因的时空表达差异来自拟环纹豹蛛不同组织的转录组数据(FPKM值)表明,CYP3310家族基因具有很高的组织表达特异性,主要集中在蜘蛛附肢中表达。通过荧光定量PCR进一步验证发现,该家族基因仅在蜘蛛体壁表达而在内部组织中几乎不表达。来自不同性别和发育阶段的转录组数据和定量PCR结果均表明,随着蜘蛛的生长发育,该家族基因的表达量有较为明显的波动,例如,CYP3310A1在雌蛛交配后、CYP3310B1在雄蛛交配后表现出较高的表达水平;CYP3310E4在5日龄幼蛛中高表达,而在30日龄幼蛛中几乎不表达。从CYP3310家族基因的时空表达特征来看,其功能与KEGG注释的结果基本相符,即该基因家族可能通过羟化反应参与生物体内的多不饱和脂肪酸或者碳氢化合物的加工与代谢,但仍需进一步的实验验证。三、拟环纹豹蛛CYP3310B1对花生四烯酸代谢的影响通过添加P450抑制剂的方式验证拟环纹豹蛛代谢生物体内最重要的不饱和脂肪酸之一花生四烯酸的路径,发现拟环纹豹蛛通过P450酶完成花生四烯酸的直接代谢。以表达量相对较高的CYP3310B1基因为靶标,通过RNAi验证该基因是否参与花生四烯酸的代谢。与对照组相比,RNAi的处理组中CYP3310B1的表达量下降了 66.67%。尽管RNAi处理组和对照组的粗酶液均能够代谢花生四烯酸,但二者反应产物的HPLC-MS/MS谱图存在多个差异峰,说明两种处理的蜘蛛机体的有机物种类和含量存在差别。在后续研究中,通过质谱分析鉴定差异物质的种类和含量,将有助于阐明CYP3310B1 的功能。
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