302昆虫学报ActaEntomologicaSinica52卷

2004)。但由于昆虫P450含量低且不稳定,从昆虫中纯化、鉴定P450难度较大。80年代末以后,昆虫P450新基因不断被克隆出来,对于昆虫P450的研究才取得了迅速的发展。

细胞色素P450是参与外源和内源化合物合成、分解的一种重要代谢酶系(Feyereisen,1999;Scot,t1999)。P450在生物体中分布广泛,1967年Ray首先在家蝇Muscadomestica中确定P450的存在。由于生物体中P450种类的多样性和P450广泛的底物特异性,细胞色素P450在昆虫的生命过程中有多种功能。包括参与杀虫剂和植物次生物质的代谢以及蜕皮激素、保幼激素、性信息素的合成,与昆虫的生长、发育和防御密切相关(Feyereisen,1999;ScottandWen,2001)。昆虫利用P450的调控作用对寄主植物产生适应性(Liuetal.,2006)。昆虫通过集中于中肠的解毒系统(包括P450s、谷胱甘肽-S-转移酶和酯酶等)对摄入的有毒物质(包括植物次生物质)快速代谢,而脂肪体有利于代谢经表皮或气管进入体内的有毒物质(于彩虹等,2002)。P450单加氧酶在昆虫的各个组织中广泛分布,中肠、脂肪体和马氏管中活性较高(Scot,t2008)。在昆虫的各个发育阶段,P450单加氧酶的活性有显著的变化,在各个龄期的幼虫中活性变化明显(Scot,t1999,2008)。虽然细胞色素P450家族成员之间的一级结构差异较大,氨基酸序列同源性很低,但是越来越多的证据表明,细胞色素P450的空间结构却有着较大的相似性,并且含有由含铁血红素和半胱氨酸组成的活性中心(WellerandFoster,1993;SagmiandShimizn,1998)。有关昆虫P450生化特性、诱导特性、结构与功能的关系以及基因的表达调控已有一些综述(Brattstenetal.,1986;Scot,t1999;Feyereisen,2005)。

细胞色素P450起着对杀虫剂解毒和活化的双重作用(Hardstoneetal.,2007;Scot,t2008)。P450单加氧酶作为昆虫体内三大解毒酶系(细胞色素P450、谷胱甘肽-S-转移酶和乙酰胆碱酯酶)之一,现已证明是大多数重要害虫对杀虫剂产生高水平抗性和交互抗性的主要原因。代谢抗性的化学本质是杀虫剂代谢活性的增强,归因于相关酶在数量或质量上的改变,可能涉及的机制包括基因扩增、酶基因突变以及基因转录的增强等(LiuandScot,t1998)。对于昆虫抗性的产生和调控机制唐振华和吴士雄(2000)以及邱星辉和冷欣夫(1999)已经作近年来随着科技的发展,大量的CYP基因得到克隆和鉴定。本文总结了昆虫各个目在GenBank中已注册的P450基因cDNA序列,利用软件进行序列比对并构建进化树,用以研究不同种类昆虫P450的亲缘关系。并对P450基因的表达调控机制的最新进展进行综述。

1 昆虫P450基因的种类多样性

细胞色素P450是有35亿年进化历史的古老基因家族(Nelson,1998),有极大的种类多样性(WojtasekandLea,l1999)。细胞色素P450单加氧酶是由多个基因家族组成的一个基因超家族(superfamily),并被进一步分成许多基因家族(family),每个基因家族又包括数个基因亚族(subfamily)。昆虫P450基因家族分别拥有众多的亚家族成员和等位基因突变体,对于P450的命名曾经比较混乱。Nebert等提出的P450系统命名法现已被广泛接受(Nebertetal.,1987,1989,1991;Nelsonetal.,1993,1996)。在该系统中所有物种的细胞色素P450同工酶(除果蝇及鼠基因用C'yp外')均以字母/CYP0为词首。随后的阿拉伯数字表示不同家族,阿拉伯数字后的大写字母表示不同亚家族,字母后面的数字表示不同的同工酶。细胞色素P450的氨基酸若有40%以上的一致性(identity),归于同一家族,如CYP6;氨基酸序列若有55%以上的一致性则归于同一亚家族,如CYP6A。用正体大写代表基因产物、mRNA或蛋白质;基因用斜体表示。

已发现的昆虫P450基因分属于CYP4,CYP6,CYP9,CYP12,CYP18,CYP28,CYP49和CYP301-34148个家族(Amenyaetal.,2008)。其中CYP6,CYP9,CYP12,CYP18和CYP285个基因家族为昆虫特有(Bergeetal.,1998)。大量的CYP6以及CYP4家族成员在抗性品系品系中表现出过量表达因而被认为是抗性相关的P450基因。

截止至2007年12月,GenBank中注册的昆虫P450cDNA已超过1000个。黑腹果蝇Drosophilamelanogaster和冈比亚按蚊Anophelesgambiae基因组测序的完成为双翅目昆虫P450数目的迅速增长奠定基础。鳞翅目因为包含多种农业害虫也进行了较多的研究。已注册的昆虫P450cDNA全长序列及片段共有1043个,其中全长序列259个,片段,