Philotrypesis屬榕小蜂CYP6基因克隆和進(jìn)化分析.pdf

1、細(xì)胞色素P450(Cytochrome P450)酶系在細(xì)菌、真菌、植物和動(dòng)物中都有廣泛分布,它能夠代謝外源物質(zhì)和內(nèi)源物質(zhì),在生物體內(nèi)發(fā)揮重要的作用。編碼細(xì)胞色素P450氧化酶的基因構(gòu)成一個(gè)古老的基因超家族,它們起源于一個(gè)共同的祖先。其中,CYP6是細(xì)胞色素P450基因超家族的一個(gè)家族,它們是昆蟲(chóng)中特有的,其蛋白產(chǎn)物在對(duì)異源物質(zhì)包括植物次生物質(zhì)、植物毒素、殺蟲(chóng)劑、環(huán)境有毒物質(zhì)等代謝中起著很重要的作用。不同的細(xì)胞色素P450基因都存在一些

2、保守區(qū),可能在所有P450基因發(fā)揮共同的重要作用,同時(shí),P450基因又表現(xiàn)出明顯的多樣性,主要體現(xiàn)在其可變區(qū)。在保守區(qū)凈化選擇可能占優(yōu)勢(shì)；而可變區(qū)的變異主要來(lái)源于適應(yīng)性進(jìn)化和中性隨機(jī)漂變,這些變異致使催化底物的寬度和專一性改變使生物體適應(yīng)多變的環(huán)境。Thomas借助PAML3.14軟件在分子水平上證明了一些系統(tǒng)發(fā)生不穩(wěn)定的基因家族成員符合適應(yīng)性進(jìn)化,有些功能關(guān)鍵氨基酸接受正向選擇。 基因復(fù)制是產(chǎn)生具有新功能的基因和基因家族多樣性

3、主要原因之一。通過(guò)基因復(fù)制事件產(chǎn)生的基因家族成員往往遭遇正向選擇驅(qū)使的快速適應(yīng)性進(jìn)化,在這方面對(duì)基因家族進(jìn)化的研究是一種新趨勢(shì)。非同義-同義置換速率比值(dN/dS)是密碼子水平評(píng)價(jià)選擇壓力的一項(xiàng)靈敏指標(biāo),dN/dS比值(ω)=1,<1和>1分別表示中性進(jìn)化、凈化選擇和正選擇作用(即適應(yīng)性進(jìn)化)?；谧畲笏迫环ǖ摹拔稽c(diǎn)特異性”模型在檢測(cè)給定基因正選擇時(shí)有較高的檢驗(yàn)效力。 在榕樹(shù)-榕小蜂共生體系中,榕樹(shù)為榕小蜂提供食物和棲息環(huán)境,

4、同時(shí)榕樹(shù)依靠榕小蜂傳粉實(shí)現(xiàn)其種群的繁衍,此共生體系是研究植物與昆蟲(chóng)精細(xì)適應(yīng)、毒力進(jìn)化等進(jìn)化學(xué)問(wèn)題的理想材料。在直徑只有幾個(gè)厘米大小的榕果(榕樹(shù)的果狀隱頭花序)里生活著一種專一地為榕樹(shù)傳粉的傳粉榕小蜂,還有幾種乃至幾十種非傳粉榕小蜂。榕小蜂由于長(zhǎng)期生活在榕果里,它們的外部形態(tài)特征、內(nèi)部生理等都發(fā)生了很多適應(yīng)性的變化。 細(xì)胞色素P450酶系在昆蟲(chóng)與其寄主植物相互關(guān)系中發(fā)揮重要的作用,其中CYP6家族基因的代謝解毒作用是大多數(shù)昆蟲(chóng)適應(yīng)

5、其寄主植物的主要機(jī)制。迄今為止,關(guān)于榕小蜂的CYP6家族基因尚未見(jiàn)報(bào)道。因此,我們旨在獲得非傳粉榕小蜂Philotrypesis屬若干物種的CYP6家族基因成員并了解它們的特點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上,集中討論下面兩個(gè)問(wèn)題：(1) 生活在這種特殊環(huán)境里的Philotrypesis,其CYP6亞基因家族成員擴(kuò)張是否是通過(guò)基因復(fù)制。(2) 由于生活環(huán)境的特殊性,我們獲得的CYP6基因片段編碼的氨基酸不同位點(diǎn)選擇壓力存在怎樣的差異,以及它們的進(jìn)化式樣是怎

6、樣的。 通過(guò)本文的研究,用PCR的方法獲得了Philotrypesis屬榕小蜂9條CYP6基因片段:CYP6CK1、CYP6A02、CYP6A03、CYP6AS20,CYP6AS21、CYP6AS22、CYP6AS23、CYP6AS24、CYP6AS25,這些基因序列都包含編碼蛋白疏水螺旋區(qū)I和血紅素結(jié)合域的區(qū)域。借助MEGA 4.0和PAML 4.0對(duì)數(shù)據(jù)構(gòu)建基因樹(shù)和選擇壓力檢測(cè),我們發(fā)現(xiàn)榕小蜂的CYP6AS、CYP6AQ、C

7、YP6CK基因亞家族擴(kuò)張是通過(guò)基因復(fù)制方式。在基因樹(shù)CYP6AS分支上,在CYP6AS20(Philotrypesispilosa)/CYP6AS21(Philotrypesis sp.)/CYP6AS22(Philotrypesissp.1)/CYP6AS23(Philotrypesis sp.4)形成一支,bootstrap值為100,可能在這些物種形成之前發(fā)生過(guò)基因復(fù)制事件?；谧畲笏迫环ǖ摹拔稽c(diǎn)特異性”模型(Site-speci