苹果蠹蛾CpGST1代谢拟除虫菊酯类杀虫剂的分子机制
批准号:
31501666
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
20.0 万元
负责人:
杨雪清
依托单位:
学科分类:
植物化学保护
结题年份:
2018
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
朴静子、李帅强、王悦、邢竣策、房阳
中文摘要
谷胱甘肽转移酶(GSTs)是重要的解毒酶,参与昆虫对拟除虫菊酯杀虫剂抗药性的形成。前期研究发现,苹果蠹蛾CpGST1能结合并代谢高效氯氟氰菊酯,但其代谢拟除虫菊酯类(Pys)杀虫剂的分子机制尚不清楚。本项目以苹果蠹蛾CpGST1为研究对象,利用分子模拟的方法,探索CpGST1与8种Pys杀虫剂的结合模式、结合过程中的结构和主要能量的动态变化规律,探明互作功能域,并预测Pys的潜在代谢产物;同时,通过昆虫杆状病毒表达系统表达CpGST1重组蛋白,比较研究CpGST1重组蛋白与8种Pys的结合能力、对8种Pys的代谢能力、以及Pys的代谢产物的规律。在上述研究基础上,阐明苹果蠹蛾CpGST1与Pys类杀虫剂作用的规律,揭示苹果蠹蛾CpGST1代谢Pys类杀虫剂的分子机制。该项目的实施可为其它害虫对各类杀虫剂产生代谢抗性的分子机制研究提供新思路。
英文摘要
Glutathione S-transferases (GSTs), a key superfamily of detoxification enzymes, are involved in the formation of insect resistance to pyrethroid insecticides. Our previous study indicated that the lambda-cyhalothrin could be bound with and further metabolized by CpGST1 from the codling moth, Cydia pomonella. However, little is known about the molecular mechanisms of pyrethroid insecticides by CpGST1. In this project, eight different pyrethroids was chosen to explore the intermolecular universal laws of the binding modes, and the dynamic changes of the structure and main energies by reference to molecular simulation. Functional domains of interaction and the potential metabolites of Pys could also be predicted by molecular simulation. Meanwhile, the recombinant CpGST1 protein was obtained by using baculovirus expression vector system. The ability of recombinant CpGST1 to bind with and to metabolize each pyrethroids and the metabolites of each pyrethroids were comparatively studied. The relationship between the Pys structure and binding and metabolizing ability of CpGST1 was analysed. The universal laws of CpGST1 interacting with Pys, and the CpGST1-mediated pyrethroids metabolism molecular mechanism were elucidated through the combination of above research. The implementation of this project provides a new avenue for the study on molecular mechanism of metabolic resistance to various insecticides in other pests.
协同利用生物学试验和药物化学领域的主流研究手段(分子模拟和计算丙氨酸扫描),揭示了苹果蠹蛾CpGST1代谢拟除虫菊酯类杀虫剂的分子机制。利用同源建模和分子模拟技术,构建了CpGST1的3D模型以及CpGST1与3种拟除虫菊酯杀虫剂(高效氯氟氰菊酯、联苯菊酯、氟氯氰菊酯)的结合模式,但CpGST1与其余5种拟除虫菊酯杀虫剂(氯氰菊酯、溴氰菊酯、醚菊酯、七氟菊酯、顺式氰戊菊酯)的分子对接结果不理想。结果表明,组成CpGST1蛋白G位点的氨基酸残基(Ser 10,Gln 39,His 51,Thr 52,Val 53,Glu 65,Ser 66和Arg 67)和H位点的氨基酸残基(Val 7,Ala 11,Pro 12,Leu 34,His 35,Tyr 106,Phe 109,Tyr 114,Leu 117,Phe 118,Phe 205和Val 209)对GST的催化活性起重要作用。运用分子动力学模拟、结合自由能计算、能量分解和计算丙氨酸扫描技术,预测了参与CpGST1与3种拟除虫菊酯杀虫剂互作的关键氨基酸残基(Tyr 114,Phe 118,Leu 34,和Val 53)。通过定点突变和原核表达,获得了野生型,L114A,F118A,L34A,和V53A重组CpGST1蛋白。体外酶动力学和IC50测定结果证实了Tyr 114, Phe 118,Leu 34,和Val 53在CpGST1与拟除虫菊酯类杀虫剂互作中的作用。体外代谢试验表明,L114A,F118A,和V53A重组CpGST1蛋白对高效氯氟氰菊酯的代谢效率明显高于野生型蛋白,但未检测到明显的代谢产物。未检测到野生型和突变体蛋白对联苯菊酯和氟氯氰菊酯的代谢作用。研究结果可为其它害虫代谢杀虫剂和解毒酶与杀虫剂互作机制研究提供新思路。
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DOI:
--
发表时间:
2015
期刊:
生物安全学报
影响因子:
--
作者:
[杨雪清, 刘吉元, 张雅林]
通讯作者:
张雅林
Toxicity of Six Insecticides on Codling Moth (Lepidoptera: Tortricidae) and Effect on Expression of Detoxification Genes
六种杀虫剂对苹果蠹蛾(鳞翅目:卷蛾科)的毒性及对解毒基因表达的影响
DOI:
10.1093/jee/tov297
发表时间:
2015-10
期刊:
Journal of Economic Entomology
影响因子:
2.2
作者:
[Yang Xue-Qing, Wu Zheng-Wei, Zhang Ya-Lin, Barros-Parada Wilson]
通讯作者:
Barros-Parada Wilson
Characterization of Multiple Heat-Shock Protein Transcripts from Cydia pomonella: Their Response to Extreme Temperature and Insecticide Exposure.
来自苹果蠹蛾的多种热休克蛋白转录物的表征:它们对极端温度和杀虫剂暴露的反应。
DOI:
10.1021/acs.jafc.6b01914
发表时间:
2016-05
期刊:
Journal of Agricultural and Food Chemistry
影响因子:
6.1
作者:
[Yang Xue-Qing, Zhang Ya-Lin, Wang Xiao-Qi, Dong Hui, Gao Ping, Jia Ling-Yi]
通讯作者:
Jia Ling-Yi
CpGSTd3 is a lambda-cyhalothrin metabolizing glutathione S-transferase from Cydia pomonella (L.)
CpGSTd3 是一种来自 Cydia pomonella (L.) 的 lambda-三氯氟氰菊酯代谢谷胱甘肽 S-转移酶
DOI:
10.1021/acs.jafc.8b05432
发表时间:
2019
期刊:
Journal of Agricultural and Food Chemistry
影响因子:
6.1
作者:
[Wang Wei, Hu Chao, Li Xin-Ru, Wang Xiao-Qi, Yang Xue-Qing]
通讯作者:
Yang Xue-Qing
DOI:
--
发表时间:
2018
期刊:
植物保护学报
影响因子:
--
作者:
[房阳, 蔡明, 可欣, 邢竣策, 杨雪清, 王小奇]
通讯作者:
王小奇
共 10 条
GSTs介导苹果蠹蛾对高效氯氟氰菊酯代谢抗性及其表达调控机制
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批准号:--
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项目类别:面上项目
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资助金额:54万元
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批准年份:2022
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负责人:杨雪清
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依托单位:
苹果蠹蛾代谢高效氯氟氰菊酯GSTs基因的鉴定及互作机制研究
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批准号:31972299
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项目类别:面上项目
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资助金额:60.0万元
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批准年份:2019
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负责人:杨雪清
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依托单位:
国内基金
海外基金