昆虫嗅觉受体的研究进展

昆虫的嗅觉对昆虫的栖息地选择、觅食、群集、趋避、繁殖以及信息传递等行为具有重要的影响。对昆虫嗅觉机理的深入研究和嗅觉信号传导途径的完整阐述,是探索农业害虫的专一性防治的基础。嗅觉受体(olfactory receptors,Ors)是G蛋白偶联受体(G protein-coupled receptor)的一种,是嗅觉系统的关键成分。近年来嗅觉受体的研究日益受到关注。本文对昆虫嗅觉的基本过程、基因结构和表达调控特征、蛋白分子结构、生理功能、分布部位和相关配体的研究等进行了综述。     

昆虫嗅觉相关蛋白的结构和功能

昆虫在长期进化的过程中形成了复杂的嗅觉系统,气味剂结合蛋白(odorant binding proteins,OBPs)、嗅觉受体(olfactory receptors,ORs)是其最主要的组分.其主要作用是结合外围挥发性的气味分子并将信号传递给细胞内的第二信使.OBPs和ORs的结构、功能、表达、进化是昆虫行为与进化关系的重要研究领域和研究热点.本文主要总结了近年来昆虫OBPs和ORs的结构特点、生理功能、表达特点、遗传进化等方面研究的最新进展,对OBPs和ORs的研究趋势进行了展望,为昆虫嗅觉系统进化研究及寻找害虫防治新途径提供参考信息.     

昆虫嗅觉相关蛋白及嗅觉识别机理研究概述

嗅觉是昆虫产生行为的基础之一,在长期进化的过程中昆虫形成了复杂的嗅觉系统,完成这一过程,需要有多种与嗅觉相关的蛋白参与,包括气味结合蛋白、化学感受蛋白、气味受体和感觉神经元膜蛋白等。了解昆虫感受外界信息的嗅觉机制可以帮助我们更好地理解昆虫识别配偶、天敌及寻找食物来源、产卵场地等行为特征,为进一步调控昆虫的行为、防控害虫侵袭、保护和利用有益昆虫奠定基础。本文综述了昆虫嗅觉相关的几类重要蛋白的生化特性和生理功能,并对昆虫气味分子的识别机制、气味分子在昆虫体内运输机制的最新研究进展进行了概述。     

植食性昆虫的嗅觉选食过程及其机制研究进展

植食性昆虫的嗅觉在其选择食物的过程中发挥了重要的作用,它能通过对植物挥发物的感受来定向和定位食物源并产生趋近行为,进而根据特殊的化合物或者多种化合物的特异浓度组合来区分寄主和非寄主植物.在这个过程中,昆虫嗅觉器官上相关的嗅觉感受蛋白被植物挥发物激活,形成特异的嗅觉感受通路,在行为上调控昆虫嗅觉选食的能力.本文主要从植食性昆虫嗅觉选食过程中植物挥发物的散布特征、昆虫识别植物信息的嗅觉感受机制及其相关的分子基础等方面进行叙述,同时讨论了近年的研究成果并展望了下一步的研究方向.     

荧光竞争结合技术在昆虫嗅觉相关蛋白结合能力检测上的应用

昆虫嗅觉相关蛋白在其觅食、交配、防御、产卵、信息交流、栖息地选择等行为及生理活动方面起着十分重要的作用。荧光竞争结合试验是目前用于检测昆虫气味结合蛋白(OBPs)和化学感受蛋白(CSPs)与外界环境气味分子结合特性的典型方法。本文对荧光竞争结合试验在昆虫OBPs和CSPs上的相关研究及应用进行综述,为深入了解昆虫嗅觉识别机制、制定害虫防治和经济昆虫保护策略提供理论参考。     

昆虫对宿主植物的嗅觉定向

在混虫辨别宿主植物所利用的各种信息中,植物的气味是一个很重要的因素昆虫利用触角上的嗅觉感受器来感觉植物气味。触角电位是昆虫的触角感受到植物气味后所产生的神经反应,而嗅觉编码则是嗅觉感受器将植物的气味信息传至神经中枢的脉冲系列。本文从行为生理学的角度介绍了昆虫利用植物气味寻找宿主植物的过程。     

植食性昆虫寄主植物嗅觉搜寻述介

植食性昆虫与寄主植物关系的本质是化学。植食性昆虫搜寻寄主的嗅觉媒介是植物气味即化学信息物质。在介绍植物气味构成及其扩散模型基础上，阐述了植物气味在地上植食性昆虫成虫、幼虫和地下植食性昆虫搜寻寄主过程中的嗅觉导向作用，并指出了今后相关研究需要注意的问题。从植物与环境因子的关系来看，植物气味包括构成性气味和诱发性气味两类，这两类气味的概念既相联系而又不同。构成性气味组分及构成因植物分类地位等而不同。诱发性气味组分因植食性昆虫取食、植物病原微生物、机械致伤等因子的胁迫而变化，这种变化性状随植物属和/或种、植株生长发育阶段、胁迫因子性质及其作用方式而不同。无论是哪种植物气味，其释放均具有节律性。气味扩散过程比较复杂，扩散状态可用数学模型表征。对于地上植食性昆虫成虫，植物气味对其寄主搜寻行为具有导向特异性，重点分析了这种特异性形成的两个假说；鳞翅目昆虫幼虫，能够利用植物化学信息物质趋向寄主植物或回避非寄主植物；地下植食性昆虫搜寻寄主，既与寄主植物地下组织释放或分泌的次级代谢物有关，又与一些初级代谢物有关。初级代谢物中的CO₂,起着“搜寻触发器”作用。有助于增强人们对昆虫与植...     

基于四臂嗅觉仪内轨迹跟踪的 昆虫嗅觉行为分析体系

【目的】结合四臂嗅觉仪与轨迹跟踪分析系统,通过分析不同试验条件下黑腹果蝇Drosophila melanogaster的嗅觉行为,建立适合于果蝇等小型昆虫的嗅觉行为实验技术体系。【方法】采用Ethovision XT软件追踪黑腹果蝇在四臂嗅觉仪内的活动轨迹,分析各区域内的累计停留时长、运动速度;同时,考察气流速度和味源设置对苹果醋引诱及蓝桉Eucalyptus globulus叶油驱避黑腹果蝇效果的影响。【结果】适合于黑腹果蝇嗅觉行为分析的气流速度为300~1 200 mL/min;300 mL/min时黑腹果蝇个体间运动速度最为均一,因此推荐最适气流速度大小为300 mL/min。味源设置不会改变黑腹果蝇对味源物的嗅觉行为反应,但对味源物的引诱指数有一定的影响,单一臂放置味源物试验效果更佳。单头测试的实验效果优于多头试验。【结论】本研究建立的基于轨迹跟踪的嗅觉行为分析体系可用于昆虫信息化合物有效成分的筛选鉴定。在合适的气流条件下,单一臂设置味源化合物逐头进行测试试验效果更佳;多头试验可用于化合物的初步筛选。     

昆虫嗅觉相关蛋白的研究进展

嗅觉是昆虫产生行为的重要物质基础,阐明昆虫嗅觉机理有助于调控昆虫行为和进行害虫治理。近年来,许多与嗅觉相关的生物活性分子和相关基因的发现和克隆,对揭示嗅觉机理具有重要作用。作者针对近年来研究较多的气味结合蛋白、化学感受蛋白、气味受体、气味降解酶以及感觉神经元膜蛋白等,就其生化特性、表达部位、分子结构、生理功能等进行了综述。     

昆虫非典型嗅觉受体Orco的功能和分子结构研究进展

嗅觉受体是参与昆虫嗅觉识别过程的一类重要蛋白。在昆虫的众多嗅觉受体中, 有一类受体明显不同于其他受体, 被称为Orco。该受体基因在不同昆虫种间高度保守, 且表达广泛。Orco在昆虫嗅觉识别过程中发挥关键作用。采用基因突变或RNAi等技术使Orco基因沉默后, 昆虫会出现严重的嗅觉缺陷, 但Orco本身不与气味配体结合, 它与传统嗅觉受体形成复合体Or-Orco, 促进传统嗅觉受体在神经元树突膜上的定位并维持其稳定性, 提高传统嗅觉受体对气味反应的效率。昆虫嗅觉受体的结构与脊椎动物的G蛋白偶联受体相似, 均有7个跨膜区, 但二者的膜拓扑结构相反, 昆虫嗅觉受体的N末端位于细胞质膜内, C末端在细胞质膜外, Orco与传统嗅觉受体通过保守的C末端区域相互作用形成一种新型的配体门控离子通道--Or-Orco复合体。阐明Orco在昆虫嗅觉识别中的功能机制, 可为开创基于昆虫嗅觉行为干扰的新的害虫防治措施提供基础。     

韭菜迟眼蕈蚊Bradysia odoriphaga嗅觉行为反应

【目的】韭菜迟眼蕈蚊Bradysia odoriphaga Yang et Zhang是韭菜生产中最主要的害虫。通过嗅觉趋性试验测定了3龄幼虫和雌虫对多种味源植物的寄主选择性及行为反应,为进一步研发绿色高效的生态防控技术提供理论依据。【方法】利用"Y"型嗅觉仪测定幼虫对健康韭菜、灰霉菌侵染韭菜、平菇、大葱和小白菜等几种寄主植物的嗅觉趋性反应,利用四臂嗅觉仪测定雌虫对健康韭菜、机械损伤韭菜、腐殖质和浸泡大豆4种味源材料的行为反应。【结果】"Y"型嗅觉仪测定结果表明健康韭菜、平菇和大葱对3龄幼虫的引诱作用较强;四臂嗅觉仪测定结果表明韭菜迟眼蕈蚊雌虫对机械损伤韭菜和腐殖质表现出较强趋性。【结论】应用嗅觉仪观测了韭菜迟眼蕈蚊3龄幼虫、雌虫对不同味源材料在不同条件下的定向选择行为,此项工作可为韭菜迟眼蕈蚊植物源引诱剂或驱避剂的进一步研发奠定基础。     

昆虫性外激素嗅觉过程的神经生物学研究

本文从外周、中枢和行为三个不同层次,探讨昆虫对性外激素感受的嗅觉过程。通过对大量昆虫的性外激素组分化学结构鉴定,以及结构一活性关系的研究,促进了对嗅觉机制的了解。对于嗅觉中枢过程的了解是很初步的,有待进一步深入研究。     

冬虫夏草蝠蛾幼虫对几种植物的嗅觉反应初步研究

植食性昆虫主要利用嗅觉、味觉、视觉和触觉等对寄主植物进行选择,而植物挥发物是引导植食性昆虫寄主定向行为的主要因素。利用"Y"型嗅觉仪测试康定虫草蝠蛾Hepialus armoricanus二龄幼虫对适生地的几种植物材料的嗅觉反应;并用欧式距离和Q型聚类法对供试植物进行相似性分析和聚类分析。结果表明:蝠蛾幼虫对几种植物材料表现出强弱不同的趋性反应;根据植物的相似性可将供试植物分为4类,且同一类植物引导蝠蛾幼虫产生相似的嗅觉反应。     

昆虫嗅觉神经的计算机三维重建

基于激光扫描共聚焦显微镜平台的计算机三维重建在昆虫嗅觉神经研究中发挥了重要作用。对经荧光标记的神经组织采集系列光学切片并进行三维重建,在双翅目、鳞翅目、膜翅目、蜚蠊目昆虫中均有进展。触角叶是昆虫的初级嗅觉中心,触角叶的解剖学图谱是识别不同种和雌雄虫间嗅球体特定功能的先决条件。了解构成嗅觉传输途径的主要神经元的形态和空间关系是理解气味信息在中枢神经系统编码的基础。三维重建昆虫的嗅觉神经,对于探讨昆虫嗅觉在其寄主选择、觅食以及寻找配偶等行为中的作用具有非常重要的意义。     

嗅觉受体基因的研究进展

嗅觉在动物的生命活动中起着重要的作用, 与嗅觉相关的基因主要是嗅觉受体(Olfactory receptor, OR)基因。文章介绍了嗅觉受体基因的结构、表达调控、分布、分子进化及其多态性研究进展, 并讨论了该基因与嗅觉功能和嗅觉障碍的关系。     

昆虫嗅觉系统结构与功能研究进展

昆虫的脑由前脑、中脑和后脑组成,其中前脑含有高级感觉中枢,如蘑菇体和中央复合体,控制昆虫的学习、记忆和运动等高级神经活动;中脑包含触角叶,是嗅觉神经中心;而后脑则通常不发达,主要包括内分泌神经元和控制进食与消化的运动神经元。不同于其他物种,昆虫由于其特殊的生活习性,听觉和视觉系统相对退化,主要依赖嗅觉来捕食、交流和求偶,因此嗅觉系统尤其发达。本文综述了目前对昆虫的脑部主要神经结构和功能(中央复合体、蕈形体和触角叶结构)以及昆虫脑部结构遗传变异(性别异构,不同发育时期、不同昆虫以及昆虫与其他动物的脑部结构差异)的研究进展,并总结了目前昆虫脑对信号的加工处理和识别机制的研究结果。     

鳞翅目昆虫化学感受器及其感受机理新进展

鳞翅目昆虫化学感受器是鳞翅目昆虫化学通讯的主要工具,将种间、种内及无机环境各种化学信息联系起来,从而使昆虫做出相应的行为反应。本文综述了鳞翅目昆虫化学感受器的类型及化学感受机理新进展, 包括嗅觉途径、嗅觉感受相关蛋白、信息传导、编码、加工处理、整合输出、感受谱及味觉感受机理,为探索利用鳞翅目昆虫行为控制剂来监测、防治鳞翅目害虫提供理论依据。     

寄生蜂基于嗅觉信号识别的宿主定位及其机制的研究进展

寄生蜂对宿主的成功定位是其繁衍后代的关键步骤之一，主要受挥发性化合物的调节。首先，雌性寄生蜂可根据寄主植物挥发物尤其是植食性昆虫诱导的植物挥发物(herbivore-induced plant volatiles, HIPVs)对宿主的栖息环境进行远距离定位，它们可根据HIPVs提供的信号缩小宿主范围，而HIPVs的混合物极为复杂，其成分和含量受多种因素的调节。尽管如此，萜类是HIPVs中常见的化合物，且被多数行为研究证实在寄生蜂宿主定位中发挥作用。随后，当寄生蜂发现并降落到与宿主相关的植物后，它们可利用宿主衍生的信号近距离定位宿主。宿主的虫体、茧和粪便等释放的挥发性化合物对寄生蜂具有吸引作用，有些宿主粪便的气味可以作为寄生蜂执行宿主定位行为的主信号，而且宿主粪便挥发物的成分因昆虫取食的植物种类的不同而发生变化。此外，来自寄生蜂自身的信息化学物质也有助于同种寄生蜂的其他个体对宿主的定位。寄生蜂对气味分子的感知依赖其主要位于触角上的嗅觉感器，而关于其嗅觉识别的分子机制的研究仍较为薄弱。由于气味结合蛋白(odorant-binding proteins, OBPs)是嗅觉系统中介导气味识别...     

昆虫嗅觉可塑性研究进展

嗅觉是昆虫的主要感觉模式,在昆虫的重要行为活动如寻找配偶、定位寄主、选择产卵场所等中起着关键作用。昆虫通过触角等外周嗅觉器官感受外界的化学信号并转化为电信号,电信号传输到中枢神经系统进行加工整合,最后通过大脑发出指令调控自身关键的行为。昆虫需要在合适的时机对不同气味作出反应,从而保证其能够在不同生理状态下完成特定的行为。这就要求昆虫的嗅觉系统具有可塑性,即根据不同的生理状态,如日龄、取食状态、交配、节律等对相同气味作出不同的反应。本文综述了不同生理状态对昆虫嗅觉行为和嗅觉神经系统的影响,以及昆虫嗅觉可塑性产生的机制,为加深和扩展人们对昆虫嗅觉系统的认识和建立新的害虫防控策略提供参考。     

昆虫嗅觉结合蛋白研究进展

嗅觉结合蛋白是嗅觉系统的第一个参与者,主要表达在嗅觉外周系统淋巴液中,负责识别、结合和转运气味和信息素分子到达嗅觉受体。近些年,随着各种生物新技术的应用,大量昆虫嗅觉结合蛋白被鉴定出来,其各种不同功能得到揭示。本文对近年来嗅觉结合蛋白的分子特征、蛋白结构、功能和应用等方面的研究进展进行总结和综述。总的来说,嗅觉结合蛋白包括气味结合蛋白(odorant-binding proteins, OBPs)、化学感受蛋白(chemosensory proteins, CSPs)和尼曼 匹克C2型蛋白(Niemann-Pick type C2 proteins, NPC2)三大家族,在α-螺旋和β-折叠的基础上形成了相对简单而稳定的球形结构,使它们能适应各种环境和任务,所以嗅觉结合蛋白蛋白具有复杂多样的功能,且这些功能对昆虫生理和行为尤为重要。基于嗅觉结合蛋白功能,研究者已经把它们应用于生物防治、品种选育和制作生物嗅觉传感器等,具有巨大的潜在价值。本综述为昆虫嗅觉结合蛋白后续研究提供了参考信息及一些新的思路。