CYP116B家族单加氧酶属于细胞色素P450单加氧酶的第IV家族,能够催化包括羟化、硫醚氧化、O脱烷基、N脱烷基和环氧化等在内的多种类型反应,具有广阔的应用前景.近年来,多个CYP116B家族成员酶的发现、分子改造及底物谱拓展使人们对它的酶学性质有了更为深入的理解,为开发新型具有工业应用潜力的CYP116B家族成员酶提供了研究基础.本文中,笔者主要从CYP116B家族单加氧酶的发现、表征、分子改造及结构功能关系等方面综述CYP116B在生物催化领域的研究进展.

植物三萜是一大类结构多样、具有广泛工业及药用价值的天然产物.齐墩果烷型三萜因拥有良好的药理/生物活性而被广泛熟知,其生物合成历经了前体供应、骨架合成、萜类合成等3个阶段.在齐墩果烷型三萜骨架糖基化之前,细胞色素P450单加氧酶(cytochrome P450 monooxygenase,P450s)会先行对该骨架进行许多结构修饰,而这些修饰对三萜骨架的结构多样性与功能性至关重要.本文综述了齐墩果烷型三萜皂苷生物合成中P450s对β-香树脂醇(β-amyrin)、齐墩果酸(oleanolic acid)的催化作用,探讨了远志皂苷的主要苷元母核——原远志皂苷元的可能生物合成途径,并简要概述了远志(Polygala tenuifolia)中CYP716A249的发现,为齐墩果烷型植物三萜的生物合成途径解析提供一些借鉴.

麦草畏是一种广谱高效除草剂,随着抗麦草畏转基因作物的推广和使用,麦草畏的使用量急剧增加.为研究麦草畏的微生物降解机制,发掘新的麦草畏高效降解菌株和基因资源,从农药厂排污口土壤中筛选到一株以麦草畏为唯一碳源生长的鞘酯菌属(Sphingobium sp.)细菌Dca-5.该菌株48 h内完全矿化2.0 mmol/L的麦草畏,并检测到代谢产物3,6-二氯水杨酸,表明该菌株通过脱甲基起始麦草畏降解.Dca-5粗酶液在添加NADH时具有麦草畏脱甲基酶活性,但加入细胞色素P450抑制剂1-氨基苯并三唑、增效醚或马拉硫磷后酶活受到显著抑制.在Dca-5基因组中找到两个3,6-二氯水杨酸降解基因簇但未发现DMO和dmt同源基因.结果表明菌株Dca-5中的麦草畏脱甲基酶是一个新的细胞色素P450类单加氧酶.本研究为阐明麦草畏的微生物降解代谢机制,获得新的麦草畏脱甲基酶基因提供了菌株材料和理论依据;并且Sphingobium sp.Dca-5能快速矿化麦草畏,在麦草畏污染土壤的微生物修复方面具有良好的应用前景.

药用植物毛冬青Ilex pubescens Hook.et Arn.含有大量的五环三萜及三萜皂苷,化学结构复杂多样.三萜类化合物骨架的修饰与其生物合成途径下游的一类关键酶——细胞色素P450单加氧酶(CYP450)密切相关.本研究通过分析毛冬青转录组数据,筛选到1个可能具有五环三萜C-28位氧化功能的CYP450基因(IpAO2).克隆IpAO2基因并将其通过质粒转化法导入能高效合成amyrin的酿酒酵母工程菌中,GC-MS分析重组酵母代谢产物,发现IpAO2基因编码的蛋白可以将α-amyrin和β-amyrin分别氧化为熊果酸和齐墩果酸,确定IpAO2是一个五环三萜C-28位氧化酶基因.IpAO2基因的鉴定对全面阐明毛冬青三萜及三萜皂苷的生物合成机制具有重要意义,为后期开展毛冬青活性三萜类化合物的代谢工程研究奠定了基础.

目的 筛选适用于不同生长年限和不同部位的栽培远志实时荧光定量PCR分析(quantitative real time PCR,qRT-PCR)的稳定内参基因,为远志体内各个基因表达分析提供合适内参基因.并对4个细胞色素P450单加氧酶(cytochrome P450 monooxygenase,P450s)基因在上述远志样品中的差异表达进行分析,明确4个P450s基因在栽培远志中的时空表达分布.方法 通过qRT-PCR获取Tubulinl、Tubulin 2、Elongation l、Elongation2、Actin1、Actin 2、GAPDH和cdc-42 8个候选内参基因在上述远志样品中的熔解曲线与Ct值;利用软件geNorm和NormFinder对候选内参基因的表达稳定性进行评价;通过qRT-PCR分析4个P450s基因CYP709B2、CYP71AP39、CYP88A85、CYP714E38在上述远志样品中的相对表达情况.结果 geNorm分析结果表明,在远志(1～3年生)根、茎、叶、花中稳定表达的为Tubulin2与Elongation1;NormFinder结果显示,Elongation1是最稳定的内参.CYP709B2、CYP71AP39基因在远志茎、叶(1～3年生)中的mRNA表达量最高,在根与花中的表达量则较少.而CYP88A85、CYP714E38基因则在远志根(1～3年生)中的mRNA表达水平较高.结论 Elongation 1适合作为栽培远志体内基因表达分析的内参基因.栽培远志中的P450s基因在远志根、茎、叶、花中的表达趋势不一致.

由氨基酸衍生的氰苷是由植物细胞色素P450单加氧酶(CYP)催化氨基酸生成的次生代谢产物,与植物的防御和抗逆境胁迫相关.该研究通过分析蒜头果转录组数据,从中分离并克隆得到1条细胞色素P450基因(命名为MoCYP71,GenBank登录号为MK172858),对其进行生物信息学分析并检测该基因在果实不同发育时期的表达情况.结果表明:MoCYP71基因含1572 bp,编码523个氨基酸,该基因的cDNA序列与咖啡(Coffea eugenioides,XM 027319282)、小果咖啡(Coffea arabica,XM 027213456)中的CYP71基因的mRNA序列均有88％的一致性;MoCYP71蛋白的相对分子质量为58976.54,理论等电点pI为8.10,分子式为C2675 H4184 N704 O744 S27,不稳定系数(Ⅱ)为40.84,是一种不稳定蛋白;该蛋白不存在信号肽,存在于分泌途径,含有两个跨膜结构,分别位于20～37和311～333位的氨基酸为跨膜疏水螺旋,锚定于细胞器上;该蛋白含有CYP家族的保守结构域,包括脯氨酸富集区(PPSPPRLP)、K螺旋(KETFR)、I螺旋(GGIDTS)、PERF域(PERF)和识别结构域血红素结合域(FGAGRRICPG),与可可、榴莲、高粱等的CYP71E家族的蛋白(GenBank登录号分别为EOX92908.1、XP 022773875.1和AAC39318.1)聚为一支;在花谢后,MoCYP71基因表达量逐渐降低,花谢后1个月>2个月>3个月,但在花谢后4个月的表达量急剧增加.以上结果对研究蒜头果的对虫害的防御、组织成熟及蒜头果中有效次生代谢产物的发掘具有重要意义.

目的 通过网络药理学预测四君子汤治疗胃炎的主要活性成分和作用靶点,探讨其多成分-多靶点-多通路的潜在作用机制.方法 通过中医药系统药理学数据库和分析平台(TCMSP)数据库收集四君子汤及其中4味中药党参、白术、茯苓、甘草的化学成分,经口服吸收率(OB)、类药性(DL)、半衰期(HL)3个条件筛选得到药物的有效成分,通过SwissTargetPrediction数据库进行有效成分靶点预测;同时从TTD、Drugbank和DisGeNET数据库对胃炎的靶点进行检索及筛选;成分靶点与疾病靶点映射后使用Cytoscape 3.2.1软件构建药物有效成分-靶点蛋白相互作用网络,使用String数据库绘制靶点蛋白-靶点蛋白相互作用网络;对靶点蛋白利用DAVID数据库进行GO分析和KEGG分析,构建核心有效成分-核心靶点-代谢通路网络图.结果 从四君子汤中筛选出68个化学成分,涉及治疗胃炎的10个靶点;GO分析结果表明其涉及单孢素代谢过程、杂环代谢过程、药物代谢过程、药物分解过程、类固醇代谢过程等9个生物过程,涉及氧结合、单加氧酶活性、氧化还原酶活性等10个分子功能,包括细胞器膜、内质网膜等6个细胞组成;KEGG分析结果表明其可能通过药物代谢-细胞色素P450、亚油酸代谢、细胞色素P450对外源性物质代谢的影响、神经活性配体与受体的相互作用、化学致癌、类固醇激素生物合成、视黄醇代谢7个信号通路治疗胃炎.结论 四君子汤通过多靶点、多通路治疗胃炎,为今后分子机制的研究奠定一定的基础.

药用活性成分多来源于药用植物次生代谢产物,是其发挥药效的物质基础.细胞色素P450s (cytochrome P450s,P450s)是一类分布广泛、由超基因家族编码的含血红色素的单加氧酶,在植物的代谢网络中发挥重要作用.本文以熟知的几类药用植物活性成分为对象,对其生物合成途径中P450相关功能进行介绍,通过对P450在萜类、生物碱、黄酮以及苯丙烷类等常见药用植物活性成分生物合成中的功能进行综述,为药用植物次生代谢产物的生物合成及调控研究提供参考.

细胞色素P450单加氧酶(Cytochrome P450 monooxygenases)是一种广谱催化剂,可以催化多种类型反应而参与生物体外源物质代谢与天然产物的合成.为丰富P450作为合成生物学的酶元件库,并探索新型催化反应,利用生物信息学手段从争论贪噬菌Variovorax paradoxus S110中挖掘出一种新型电子自供体细胞色素P450VpMO单加氧酶,属于CYP116B家族,它可以在大肠杆菌Escherichia coli异源可溶表达.酶学性质研究表明P450VpMO最适pH和最适温度分别为8.0和45℃,并且在温度低于35℃时具有良好的稳定性,Km值为0.458 mmol/L,Kcat为2.438 min-1;重要的是重组P450VpMO可以催化一系列包含污染物的含甲氧基底物进行脱甲基反应,其中对4-甲氧基苯乙酮的脱甲基反应转化率高达91％.相比于其他CYP 116B家族的P450酶,P450VpMO表现出较强的酶活性,这为后期进一步研究P450VpMO提供了基础.

[目的]葡萄花翅小卷蛾是我国重要的检疫性害虫,一旦入侵我国,将会对我国葡萄产业和林果业生产造成严重损失,国外主要使用化学农药防治该虫.开展葡萄花翅小卷蛾转录组测序及体内细胞色素P450单加氧酶(cytochrome P450 monooxygenase,CYP)、羧酸酯酶(carboxylesterase,CarE)和谷胱甘肽S-转移酶(glutathione S-transferase,GST)三大解毒系的表达谱分析,可为葡萄花翅小卷蛾抗药性监测与抗药性治理研究提供依据.[方法]本研究利用BGISEQ-500平台对葡萄花翅小卷蛾进行转录组测序,通过从头组装获得unigene.[结果]经数据组装并去冗余后共获得44360条unigene;通过与多个公共数据库进行同源比对,共注释了28065条unigene,通过Nr数据库注释的unigene数量最多(26388条,59.49％),显示与棉铃虫的unigene同源性最高(24.11％).基于基因序列分析表明,葡萄花翅小卷蛾有91条P450基因、31条CarE基因和22条GST基因.系统发育分析发现,葡萄花翅小卷蛾的P450基因主要集中在clade 3和clade 42个分支,与鳞翅目近源种的CYP基因聚集在一起;CarE主要包括外源化合物解毒相关的酯酶及脂质转运和代谢酯酶;GST基因聚类主要包含Delta、Omega、Epsilon、Theta和Microsomal等亚家族.[结论]本研究获得葡萄花翅小卷蛾转录组信息,鉴定了与葡萄花翅小卷蛾代谢抗性相关的基因,可为葡萄花翅小卷蛾杀虫剂和寄主植物的适应性机制研究提供数据和参考.