棉铃虫P450基因CYP6AE19和CYP6AE20功能分化的分子机制研究
结题报告
批准号:
31901887
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
施雨
依托单位:
学科分类:
C1402.农业昆虫学
结题年份:
2022
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
--
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中文摘要
植食性昆虫在与寄主植物的协同进化中,积累了大量参与化学防御的细胞色素P450基因。昆虫P450基因的多样性和功能分化影响昆虫的食性和寄主选择,同样对昆虫杀虫剂抗性的形成具有至关重要的作用。申请人前期研究发现,多食性害虫棉铃虫基因组内一对氨基酸序列相似度达91.8%的旁系同源P450基因-CYP6AE19和CYP6AE20发生了明显的功能分化,在植物次生性化合物以及杀虫剂的代谢能力上有显著的差异。本项目拟首先通过互换CYP6AE19和CYP6AE20有差异的底物识别区域(SRSs)后进行体外功能表达,确定引起功能变化的底物识别区域。之后通过分子模拟以及定点突变技术,预测并验证关键SRS中导致两个P450功能差异的关键氨基酸,从而阐释棉铃虫P450功能分化的分子机理。本项目的成果可望为昆虫的化学防御、抗药性形成以及多食性害虫的适应性进化研究提供重要线索。
英文摘要
Herbivore insects accumulated many cytochrome P450 genes, which involved in chemical defense, during the co-evolution with host plants. The diversification and functional divergence of insect P450 genes affected insects’ feeding habits, host shifts and also involved in the development of pesticide resistance. The results of my previous research showed that two paralogous cytochrome P450 genes, CYP6AE19 and CYP6AE20, in polyphagous Helicoverpa armigera shared 91.8% sequence identity but showed distinct metabolic capabilities to plant defense chemicals and insecticides. In this study, we prepare to identify the key substrate recognition sites (SRSs), which cause the functional variations, by heterologous expression and in vitro metabolism after exchanging the diverged SRSs between CYP6AE19 and CYP6AE20. Then molecular simulation and site-directed mutagenesis will be used to predict and verify the key amino acid(s) in the key SRS(s). We aim to explore the molecular mechanisms of the functional divergence of H. armigera P450s and provide important implications for the study of insect chemical defense, development of insecticide resistance and the adaptive evolution of polyphagous insects.
植食性昆虫在与寄主植物的协同进化中,积累了大量参与化学防御的细胞色素P450基因。昆虫P450基因的多样性和功能分化影响昆虫的食性和寄主选择,同样对昆虫杀虫剂抗性的形成具有至关重要的作用。本研究依据P450功能广泛筛选的结果,针对棉铃虫及其近缘种美洲棉铃虫体内CYP6AE和CYP6B亚家族旁系同源和直系同源P450的功能分化现象,采取差异底物识别区域(SRS)互换、差异单个/双位点互换、离体表达和代谢以及分子模拟技术,明确了介导多对P450功能差异的关键氨基酸或结构域,并阐释了该过程的分子机制,主要结论有:1、两个不同的单个氨基酸位点:SRS4中M318以及SRS6中 P489是分别决定棉铃虫体内旁系同源P450:CYP6AE19/CYP6AE20以及直系同源P450:棉铃虫CYP6B7和美洲棉铃虫CYP6B8解毒花椒毒素功能的关键氨基酸,两个位点的氨基酸分别通过不同的机制调控P450对该化合物的催化。2、SRS1和SRS6中氨基酸差异是决定CYP6AE旁系同源基因对:CYP6AE17/CYP6AE18以及CYP6AE11/CYP6AE20顺式氰戊菊酯代谢能力分化的关键因素。本研究证实了底物识别区域中单个或少数几个氨基酸的变化即可改变昆虫P450的功能,且不同亚家族P450的功能分化机制各异。研究结论为昆虫-寄主植物互作,以及昆虫杀虫剂抗性机制的研究提供重要的理论依据。
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Roles of the variable P450 substrate recognition sites SRS1 and SRS6 in esfenvalerate metabolism by CYP6AE subfamily enzymes in Helicoverpa armigera
可变 P450 底物识别位点 SRS1 和 SRS6 在棉铃虫 CYP6AE 亚家族酶 Esfenvalerate 代谢中的作用
DOI:10.1016/j.ibmb.2020.103486
发表时间:2020
期刊:Insect Biochemistry and Molecular Biology
影响因子:3.8
作者:Yu Shi;Andrias O. O’Reilly;Shuo Sun;Qiong Qu;Yihua Yang;Yidong Wu
通讯作者:Yidong Wu
Pyrethroid metabolism by eleven Helicoverpa armigera P450s from the CYP6B and CYP9A subfamilies
来自 CYP6B 和 CYP9A 亚科的 11 株棉铃虫 P450 的拟除虫菊酯代谢
DOI:10.1016/j.ibmb.2021.103597
发表时间:2021
期刊:Insect Biochemistry and Molecular Biology
影响因子:3.8
作者:Yu Shi;Qianqian Jiang;Yihua Yang;René Feyereisen;Yidong Wu
通讯作者:Yidong Wu
Single amino acid variations drive functional divergence of cytochrome P450s in Helicoverpa species
单一氨基酸变异导致 Helicoverpa 物种细胞色素 P450 的功能分化
DOI:10.1016/j.ibmb.2022.103796
发表时间:2022
期刊:Insect Biochemistry and Molecular Biology
影响因子:3.8
作者:Yu Shi;Shuo Sun;Yujun Zhang;Yingshi He;Minghong Du;Andrias O. O'Reilly;Shuwen Wu;Yihua Yang;Yidong Wu
通讯作者:Yidong Wu
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