昆蟲(chóng)幾丁質(zhì)氧化降解新機(jī)制
周期性的蛻皮是昆蟲(chóng)為了應(yīng)對(duì)其外骨骼不能隨身體長(zhǎng)大而進(jìn)化出的特殊生理過(guò)程。在此過(guò)程中，昆蟲(chóng)分泌多種酶類實(shí)現(xiàn)其主要結(jié)構(gòu)成分幾丁質(zhì)的合成與降解，這對(duì)于昆蟲(chóng)的生長(zhǎng)發(fā)育至關(guān)重要。由于幾丁質(zhì)不存在于高等動(dòng)植物中，因此，參與昆蟲(chóng)幾丁質(zhì)合成和降解的酶是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)害蟲(chóng)控制的潛在分子靶標(biāo)。
長(zhǎng)期以來(lái)，人們認(rèn)為昆蟲(chóng)幾丁質(zhì)的降解只有水解酶參與，但水解酶對(duì)幾丁質(zhì)的降解能力有限。近年來(lái)，人們?cè)谖⑸镏邪l(fā)現(xiàn)一類裂解性多糖單加氧酶（LPMO），能夠通過(guò)氧化的方式斷裂晶態(tài)幾丁質(zhì)的糖苷鍵，實(shí)現(xiàn)幾丁質(zhì)的降解，顯著提高幾丁質(zhì)酶降解幾丁質(zhì)的效率。昆蟲(chóng)中是否存在幾丁質(zhì)氧化裂解酶，其在幾丁質(zhì)降解過(guò)程中是否發(fā)揮關(guān)鍵的作用均是未知的科學(xué)問(wèn)題。
在楊青教授和Yasuyuki Arakane教授的領(lǐng)導(dǎo)下，由大連理工大學(xué)、中國(guó)農(nóng)科科學(xué)院和韓國(guó)全南國(guó)立大學(xué)組成的研究團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)揭示了昆蟲(chóng)中15家族裂解性多糖單加氧酶（LPMO15）在昆蟲(chóng)發(fā)育過(guò)程中的重要功能。研究發(fā)現(xiàn)，昆蟲(chóng)中LPMO15可被分為三個(gè)家族，其中I家族LPMO15（LPMO15-1）主要在昆蟲(chóng)蛻皮過(guò)程的表皮及氣管中表達(dá)。通過(guò)RNAi使其基因表達(dá)量的降低將導(dǎo)致東亞飛蝗和赤擬谷盜在蛻皮過(guò)程中因表皮中含幾丁質(zhì)層不能有效降解而死亡（圖1）。通過(guò)酵母細(xì)胞表達(dá)的LPMO15-1重組蛋白具有裂解性多糖單加氧酶的活性，能夠通過(guò)C1位氧化的方式斷裂幾丁質(zhì)產(chǎn)生氧化產(chǎn)物，并與幾丁質(zhì)酶具有協(xié)同作用，促進(jìn)幾丁質(zhì)酶對(duì)幾丁質(zhì)的降解。
圖1 東亞飛蝗中LmLPMO15-1的RNAi導(dǎo)致舊表皮不能被有效降解
III家族LPMO15（LPMO15-3）主要在昆蟲(chóng)蛻皮過(guò)程的中腸中表達(dá)。通過(guò)RNAi使其基因表達(dá)量的降低將導(dǎo)致東亞飛蝗在蛻皮過(guò)程中死亡，其中腸中圍食膜不能得到有效降解（圖2）。
圖2東亞飛蝗中LmLPMO15-3參與中腸圍食膜的降解過(guò)程
以上工作發(fā)現(xiàn)并證明了一類新酶——幾丁質(zhì)氧化裂解酶（LPMO15），通過(guò)氧化而非水解的新機(jī)制斷裂幾丁質(zhì)鏈，輔助幾丁質(zhì)酶降解幾丁質(zhì)，革新了人們對(duì)于昆蟲(chóng)幾丁質(zhì)降解體系的認(rèn)識(shí)。LPMO15在昆蟲(chóng)中重要的生理功能表明其可以作為重要的靶標(biāo)應(yīng)用于有害昆蟲(chóng)的防治。
相關(guān)成果近期發(fā)表在《Communications Biology》和《Insect Science》上。
文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s42003-022-03469-8；https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/1744-7917.13016?af=R。
研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31872972，31830076和32161133010），深圳市科技計(jì)劃項(xiàng)目（KQTD20180411143628272）資助。
兩篇文章的第一作者均來(lái)自于大連理工大學(xué)生物工程學(xué)院生物分子靶標(biāo)研究室屈明博副教授。楊青教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期從事昆蟲(chóng)表皮納米生物學(xué)的研究，針對(duì)病原菌、有害昆蟲(chóng)等均以幾丁質(zhì)作為結(jié)構(gòu)多糖的特點(diǎn)，運(yùn)用結(jié)構(gòu)生物學(xué)和化學(xué)生物學(xué)等方法系統(tǒng)研究這些生物的幾丁質(zhì)降解、合成與裝配，發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新的綠色農(nóng)藥分子靶標(biāo)、開(kāi)發(fā)綠色農(nóng)藥和蛋白質(zhì)仿生材料。
版權(quán)與免責(zé)聲明：本網(wǎng)頁(yè)的內(nèi)容由收集互聯(lián)網(wǎng)上公開(kāi)發(fā)布的信息整理獲得。目的在于傳遞信息及分享，并不意味著贊同其觀點(diǎn)或證實(shí)其真實(shí)性，也不構(gòu)成其他建議。僅提供交流平臺(tái)，不為其版權(quán)負(fù)責(zé)。如涉及侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系我們及時(shí)修改或刪除。郵箱：sales@allpeptide.com