3期

续表1 Table1continued

郭亭亭等:昆虫细胞色素P450基因的多样性、进化及表达调控 305

片段数

种类Species

cDNA全长序列cDNAful-llengthsequences

Numberofsegments

蜚蠊目Blattaria

太平洋折翅蠊Diplopterapunctata德国小蠊Blattellagermanica小计Subtotal啮虫目Psocoptera

嗜卷书虱Liposcelisbostrychophila小计Subtotal总计Total

CYP6CE1,CYP6CE22259

2784

CYP9E1,CYP15A1

CYP4G15,CYP4C21,CYP6J1,CYP6K1,CYP6L1,CYP9E2P1,CYP9E2,CYP9E2P210

4824

cDNA片段615个,共占序列总数的74%;鳞翅目已克隆的全长cDNA序列78个,cDNA片段84个,共占序列总数的16%。这两个目昆虫的P450占昆虫P450cDNA总数的90%。双翅目P450全长序列及片段大部分来自黑腹果蝇、冈比亚按蚊和埃及伊蚊Aedesaegypti;鳞翅目P450则大多来自家蚕

Bombyxmori。其余几个昆虫目的P450基因全长序列集片段以鞘翅目(55个)、等翅目(23个)、蜚蠊目(18个)居多,这3个目的序列数占总数的9%。CYP4和CYP6家族与昆虫抗药性相关,所以有大量的基因被克隆。在已克隆的全长序列中大部分属于CYP4和CYP6家族,CYP4家族已克隆的全长序列有51个,CYP6家族已克隆的全长序列有116个分别占全长cDNA的20%和45%。

随着研究的深入,细胞色素P450家族正在不断扩充,基因数目不断增加。但研究集中在双翅目和鳞翅目等少数几个目的几个昆虫种,对于昆虫纲P450的整体情况还需进一步研究。

翅目、膜翅目、鞘翅目等4个目部分昆虫的CYP307,CYP306,CYP302等P450Halloween家族基因的系统发生关系,发现它们和脊椎动物P450来源于共同的祖先。为了解昆虫P450基因的系统进化关系,利用GenBank现已注册的大部分昆虫P450全长基因序列构建系统进化树(图1)。构建系统进化树之前首先采用ClustalX1.83对P450的核苷酸序列进行序列比对,然后利用MEGAversion3.1进行系统进化树的构建。系统进化树的构建方法为最大简约

法(maximumparsimonymethod,MP),参数选择软件默认的缺省参数(bootstrap检验重复500次)。昆虫细胞色素P450系统进化树包括8个目34个种。如图1所示,CYP12和CYP314,CYP315等线粒体P450家族很早就分化出来了,这一支系可能在真核和原核生物分化之前就已生成了。CYP4家族可能是昆虫CYP家族中最早分化出来的一个,与先前报道的研究结果(DegtyarenkoandArchakov,1993)一致。已测出全长序列的昆虫P450基因中,接近半数的基因属于CYP6家族。CYP6是与昆虫抗性的产生关系最密切的一个基因家族,因而不断有新的基因被克隆出来。图1显示,CYP6家族中CYP6D亚族是优先于其他CYP6亚家族分化出来的,与CYP4亲缘关系较其他CYP6亚族近。推测CYP6D亚族可能是最早从CYP4家族中分化出来的一个CYP6亚家族。

图1显示,与CYP6和CYP9等昆虫特有家族相比,CYP4家族在进化关系上属于单独的一支,这一支包括了所有已知全长序列的CYP4家族成员。已有文献报道昆虫细胞色素P450R的CYP4家乳,

2 昆虫P450基因的进化关系

虽然细胞色素P450有35亿年的进化历史,而古生物学及地质学证据表明,昆虫及其他陆生节肢动物起源于距今约3亿年以前。Nelson等(1998)构建的包括70个动物细胞色素P450的系谱发生树显示:在CYP3ClAN中包含的昆虫CYP6家族和CYP9家族与哺乳动物CYP3和CYP5家族亲缘关系较近。有学者推测昆虫CYP6家族约在3亿~7亿年前从CYP3家族中分化出来的(NelsonandS