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细胞色素P450(cytochrome P450,CYP)的可诱导性是昆虫对抗植物异种化感物、杀虫剂等的重要机制之一。昆虫可诱导性的P450家族成员主要分布于CYP4、CYP6、CYP9等3个家族,其中CYP9家族为鳞翅目昆虫所特有。哺乳动物主要由三类核受体转录因子,即CAR、SXR或PXR、HNF4负责调节其解毒和排泌过程,已在果蝇和家蚕发现了同源的核受体HR96和HNF4,但这2种核受体是否参与鳞翅目昆虫P450的转录诱导还不清楚。
家蚕(Bombyx mori)是一种重要的经济昆虫,也是鳞翅目昆虫的典型代表,研究家蚕P450可诱导性的代谢解毒机制具有重要的理论和实践意义。在家蚕基因组已注释鉴定有78个P450基因,近年有国内文献提示BmCYP9家族的4个成员(BmCYP9A 19、A20、A21、A22)过量表达可能与解毒有一定关系。目前,缺乏将家蚕P450基因与解毒机制关联的较深入和系统的生物学测试研究,这是解析家蚕BmP450可诱导性解毒机制的基础工作。
为此,本文的研究内容和目的为:(1)鉴定溴氰菊酯、香豆素对家蚕的毒力;(2)通过半定量RT-PCR检测,初步揭示家蚕4个BmCYPs受试基因(BmCYP6829、BmCYP6AE2、BmCYP9A 19,BmCYP9A 22)和2个核受体受试基因(BmHNF4、BmHR96)在5龄幼虫期血细胞、马氏管、中肠、脂肪体和体壁组织中转录活性的时空特征;(3)通过半定量RT-PCR检测,初步揭示溴氰菊酯、香豆素处理5龄5d幼虫24h后对这些基因在上述组织中的诱导活性,为深入研究家蚕P450可诱导性的代谢解毒机制提供参考。
本研究初步获得以下结果:
1.点滴法测定了香豆素、对五龄家蚕的毒力
家蚕对溴氰菊酯敏感,LD50=2.14 ng;家蚕对香豆素不敏感,1μ1 0.3g/ml的饱和香豆素丙酮溶液对家蚕无致死活性。
2.家蚕4个BmCYPs受试基因在5龄幼虫期的时空表达特征
(1)4个BmCYPs受试基因在不同组织的表达既有共同特征,又有差异。
其总体表达特征为:①4个基因在中肠和脂肪体的总体表达水平显著强于血细胞、马氏管和体壁,提示这4个BmCYPs基因在家蚕应对5龄幼虫盛食期代谢解毒的两个主要器官中发挥作用;②4龄眠(多为不表达)、5龄中期(5龄5d或6d)(表达较强或低活性)、熟蚕期(多为低活性)和吐丝1d(多为活性升高)是这4个基因表达呈显著变化的重要时期。
其组织表达特征为:除BmCYP6AE2和BmCYP9A22在血细胞的熟蚕期后急剧升高和4个基因在马氏管5龄6d表达很强外,它们在血细胞和马氏管的总体表达微弱。4个基因在中肠和脂肪体的总体表达较强,但其活性在4龄眠和吐丝1d的中肠很低,5龄5d是BmCYP6AE2和BmCYP9A22在中肠表达的低活性拐点。4龄眠和熟蚕期为4个基因在脂肪体低活性表达的共同拐点,其他时期的表达活性均较强。除BmHR96在体壁的表达较强外,其他3个基因的活性均较弱,4个基因在体壁的表达总体呈现逐渐降低至熟蚕后又在吐丝ld共同升高的趋势。
(2)在家蚕5龄幼虫期不同组织中,核受体基因BmHR96均为有很高活性的波动性表达,BmHNF4几乎为沉默状态,前者的表达特征与4个BmCYPs受试基因基本相似,提示BmHR96可能主要参与BmCYPs基因在家蚕正常代谢解毒过程中的转录启动。
3.香豆素、溴氰菊酯对BmCYPs、BmHNF4和BmHR96的诱导活性
用香豆素(剂量3x105ng/头)和溴氰菊酯(剂量2.0ng/头)处理家蚕5龄5d幼虫,结果显示这4个BmCYPs受试基因和2个核受体基因在血细胞、马氏管、中肠、脂肪体和体壁中有不同的诱导活性差异。初步总结为:(1)香豆素和溴氰菊酯对BmCYP9A19(血细胞、马氏管、脂肪体)、BmCYP6AE2(脂肪体)、BmCYP6B29(体壁)有较强或很强的诱导活性;(2)香豆素单独对BmCYP9A22(血细胞、体壁)和溴氰菊酯单独对BmHR96(体壁)有较强的诱导活性;(3)香豆素和溴氰菊酯在脂肪体和中肠中对BmHNF4有较强或很强的诱导活性,其中在脂肪体的诱导活性很高,显著高于其他组织的诱导表达活性,提示BmHNF4可能主要参与家蚕应急外源毒物代谢解毒过程中BmCYPs基因的转录启动。