柑橘绿霉菌CYP51的同源模建与分子对接模拟研究

摘要

柑橘绿霉菌是引发柑橘病害的一种重要病原真菌，柑橘感染发病后会出现大量腐烂现象，直接影响了柑橘的产量和种植者的经济利益。在真菌中，羊毛甾醇14α-脱甲基化酶(CYP51)作为合成细胞膜中麦角固醇的关键酶，该酶的缺乏将直接导致真菌的细胞膜合成受损和结构功能的丧失，引发真菌死亡。因此该酶成为许多常见的内吸性杀菌剂如三唑类杀菌剂的作用靶标。
　　 本文采用同源模建和分子对接的手段对柑橘绿霉菌CYP51(PdCYP51)的三维结构模型和与杀菌剂的结合方式进行了研究。研究目的是在分子水平上构建柑橘绿霉菌CYP51的三维结构，进而与不同的杀菌剂分子进行分子对接。通过分析杀菌剂分子与柑橘绿霉菌CYP51活性中心的作用结合方式，阐明PdCYP51活性中心的结构信息以及杀菌剂分子与作用位点相互作用的详细机理，合理解释四种商品化杀菌剂对柑橘绿霉菌CYP51的光谱结合特征和对柑橘绿霉菌的抑菌机理。
　　 柑橘绿霉菌CYP51同源模建的结果表明：人类的CYP51晶体(PDB ID：3LD6)适合作为模板构建PdCYP51的三维结构，模建的PdCYP51结构主要包括12个α螺旋、7个β折叠和loop环。模型通过分子动力学模拟优化后采用PROCHECK和ERRA工程序进行评价，结果表明PdCYP51结构中处于合理区域的残基氨基酸概率高达99.3％，ERRAT-score值为77.186，远大于标准阀值(标准阀值为50)，证明模建的PdCYP51结构在构象上是合理的。PROSA程序计算表明模建的PdCYP51落在已知较好结构蛋白的Zscore值范围内，说明模建的PdCYP51三维结构在结构能量上也是合理的。
　　 四种商品化杀菌剂的分子对接实验结果表明：烯唑醇与PdCYP51活性中心相互作用时，与氨基酸残基T116之间形成了一对氢键作用，并有较强的疏水作用和Vander Waals相互作用。其它三种杀菌剂戊唑醇、三唑醇和三唑酮进行分子对接时，虽然没有形成氢键作用，但其形成的疏水和Van der Waals作用仍然可以使这三种化合物与PdCYP51的活性中心紧密结合。PdCYP51活性中心的Y112、T116、Y126、F120、F219、M304_和S309氨基酸残基在与杀菌剂分子的识别和结合过程中起着重要的作用，可以作为研究定点突变和设计新型抑制剂分子的重要参考。
　　 最后，通过对四种杀菌剂与柑橘绿霉菌CYP51活性中心形成的氢键、疏水作用和Van der Waals相互作用的讨论，理论上对四种杀菌剂分子抑菌能力和结合光谱的差异做出合理解释，为开发新型的抗真菌抑制剂奠定了基础。美键词：柑橘绿霉菌；羊毛甾醇14α-脱甲基化酶(CYP51)；同源模建；分子对接