豌豆蚜细胞色素P450酶CYP6CY6v2的鉴定：一种新型昆虫源细胞分裂素侧链羟化酶的发现及其进化意义

本研究针对昆虫源细胞分裂素（cytokinins）羟化机制不明的科学问题，通过豌豆蚜（Acyrthosiphon pisum）模型，首次鉴定出昆虫特有的细胞色素P450酶CYP6CY6v2，证实其可催化核苷酸型、核苷型及游离碱基型细胞分裂素的侧链羟化，且底物谱宽于植物同功能酶CYP735A。该发现揭示了昆虫独立进化获得羟化能力的分子机制，为解析虫瘿形成中细胞分裂素的调控作用提供新靶点。

　　

在自然界中，虫瘿（植物畸形组织）的形成是昆虫与植物相互作用的奇妙案例。这类结构为幼虫提供营养丰富的"育婴室"，而其形成机制长期困扰科学家。近年研究发现，能诱导虫瘿的昆虫体内普遍存在羟基化细胞分裂素（如trans-zeatin, tZ）——这类植物激素可促进细胞分裂和营养转运。但令人困惑的是：昆虫如何获得合成这类化合物的能力？毕竟它们缺乏植物中已知的羟化酶CYP735A家族。这个进化谜题成为揭开虫瘿形成机制的关键钥匙。

针对这一科学前沿问题，研究人员以豌豆蚜（Acyrthosiphon pisum）为模型展开研究。这种虽不形成虫瘿但属于富含虫瘿诱导物种的蚜虫总科的昆虫，其体内已检测到tZ型细胞分裂素。论文发表在《Insect Biochemistry and Molecular Biology》上的这项研究，通过多学科技术手段揭开了昆虫细胞分裂素羟化之谜。

研究采用四大关键技术：1）细胞色素P450（CYP）抑制剂处理结合LC/MS/MS（液相色谱-串联质谱）分析内源细胞分裂素变化；2）酵母表达系统高通量筛选70个蚜虫CYP基因；3）微体酶反应体系测定底物特异性；4）AlphaFold3预测酶-底物复合物三维结构。样本来自实验室培养的豌豆蚜无性繁殖雌虫。

3.1. CYP抑制剂处理对内源细胞分裂素水平的影响
使用非特异性CYP抑制剂1-ABT和PBO处理后，羟基化细胞分裂素（tZR、MeS-tZR和cZR）显著减少，而非羟基化形式（如iP）无变化或增加。这一结果首次证实CYP家族参与昆虫细胞分裂素羟化过程。

3.2. tRNA腺苷修饰状态分析
通过碱性水解蚜虫tRNA发现，其仅含非羟基化修饰产物（iPR和MeS-iPR），排除了tRNA直接羟化的可能性，表明羟化发生在小分子代谢阶段。

3.3. 蚜虫CYP基因筛选
在酵母共表达体系中，CYP6CY6v2（原编号ApCYP_13）展现出与植物CYP735A2相当的羟化活性，能产生tZ、tZR、cZ和cZR。Western blot验证其高效表达，质谱色谱图显示明确产物峰。

3.4. CYP6CY6v2的底物特异性
突破性发现该酶可催化三类底物：核苷酸型（iPRTP/iPRDP/iPRMP）、核苷型（iPR）和游离碱基（iP），而植物CYP735A2仅作用于核苷酸型。结构预测显示其底物结合口袋中Phe110/Phe124/Ile492形成"芳香夹"稳定嘌呤环，这种独特构象解释了广谱底物特性。

这项研究首次在昆虫中鉴定出功能明确的细胞分裂素羟化酶CYP6CY6v2，其三大发现具有里程碑意义：进化上，证实昆虫独立于植物进化出羟化能力，CYP6家族获得新功能；机制上，揭示其底物谱宽于植物同功酶，提示昆虫可能通过tRNA降解产物代谢途径"偶然"获得调控植物发育的能力；应用上，为虫瘿防治提供特异性靶点。尤其值得注意的是，该酶在非虫瘿昆虫中的存在暗示羟基化细胞分裂素可能最初作为代谢副产物产生，后被虫瘿昆虫"征用"为效应分子。这种"分子外借"现象为理解昆虫-植物协同进化提供新视角。

未来研究可聚焦两个方向：一是调查其他目昆虫（如膜翅目、双翅目）是否采用相同羟化机制；二是开发特异性抑制剂，通过干扰羟化过程验证其在虫瘿形成中的必要性。这些工作将进一步完善我们对昆虫操控植物发育的分子蓝图的认识。