两种功能气味受体在同一神经元中共表达

嗅觉研究领域的基本原则之一是每个嗅觉受体神经元(ORN)表达单一的嗅觉受体。但是,耶鲁大学的J.R.Carlson的实验室构建了果蝇下颚须的完整的嗅觉受体与神经元的关系图谱,发现2种受体基因共表达于同一类ORN中。Goldman等人经RT-PCR和原位杂交发现了7种气味受体基因,而果蝇的上颚须仅有6类ORN,由此他们提出至少有一类ORN中表达多于一种气味受体基因的假说。研究者通过运用GAL4-UAS表达体系,原位杂交技术和缺失气味受体基因的ORN的果蝇突变体发现基因Or33c和Or85e共表达于pb2A类的ORN中,而且这种共表达在45百万年前即已存在,首…     

嗅球对嗅觉信息的处理

哺乳动物的嗅觉系统拥有惊人的能力,它可以识别和分辨成千上万种分子结构各异的气味分子。这种识别能力是由基因决定的。近年来,分子生物学和神经生理学的研究使得我们对嗅觉识别的分子基础和嗅觉系统神经连接的认识有了质的飞跃。气味分子的识别是由一千多种气味受体完成的,鼻腔中的嗅觉感觉神经元表达这些气味受体基因。每个感觉神经元只表达一种气味受体基因。表达同种气味受体的感觉神经元投射到嗅球表面的一个或几个嗅小球中,从而在嗅球中形成一个精确的二维连接图谱。了解嗅球对气味信息的加工和处理方式是我们研究嗅觉系统信号编码的一个重要环节。文章概述并总结了有关嗅球信号处理的最新研究成果。     

棉铃虫普通气味受体基因HarmOR9和HarmOR29的克隆和组织表达分析

【目的】对棉铃虫Helicoverpa armigera 2个普通气味受体基因的cDNA全长进行分析,明确这两个普通气味受体基因在不同组织中的表达分布,为进一步的功能研究奠定基础。【方法】利用PCR结合RACE技术克隆棉铃虫两条普通气味受体基因的cDNA全长;利用不同的生物信息学软件对序列进行结构预测、序列比对和进化树分析;利用半定量RT-PCR检测其在棉铃虫成虫不同组织中的表达。【结果】获得两条棉铃虫气味受体基因的全长序列,并命名为HarmOR9和HarmOR29（GenBank登录号分别为KJ188252和KJ188253）。序列分析显示,HarmOR9全长1 206 bp,编码401个氨基酸;HarmOR29全长1 188 bp,编码395个氨基酸。选择已报道的鳞翅目昆虫烟青虫Heliothis assulta、家蚕Bombyx mori、烟芽夜蛾Heliothis virescens和棉铃虫的气味受体与本实验克隆得到的两个气味受体基因的编码产物进行序列比对和进化树分析,结果显示这两个气味受体与性信息素受体区别明显,并与其他普通气味受体聚类在一起。半定量RT-PCR的结果显示HarmOR9与HarmOR29都主要在触角中高表达且无雌雄间差异,HarmOR29在其他组织中均不表达;而HarmOR9在雄虫下唇须中有微量表达,在其他组织中均不表达。【结论】本研究从棉铃虫中克隆得到2个气味受体基因HarmOR9和HarmOR29的cDNA全长,其编码产物具有气味受体的典型特征并且属于普通气味受体。明确了这两个气味受体基因都在棉铃虫成虫的触角中高表达,且无雌雄差异,推测其可能参与了棉铃虫普通气味的识别过程。     

昆虫感觉气味的细胞与分子机制研究进展

昆虫作为地球上最为成功的类群,已经成功地进化了精细的化学感受系统,通过化学感受系统适应各种复杂的环境,保持种群的繁荣。自1991年在动物中发现嗅觉受体基因以来,关于昆虫感受化学信息的周缘神经系统的分子和细胞机制方面的进展十分迅速。文章主要就昆虫周缘神经系统的感受化学信息的分子和细胞机制进行综述。首先对昆虫感觉气味的细胞机制的研究进展进行简要介绍。昆虫嗅觉神经元在感受化学信息过程中起着极为重要的作用,昆虫嗅觉神经元上表达的嗅觉受体不同而执行着各异的功能。各种嗅觉神经元对于化学信息的感受谱有较大的区别;嗅觉神经元对化学信息类型、浓度、流动动态等产生相应的电生理特征反应。研究表明同一种神经原可以感受多种化学信息,而一种化学信息也可以被多种神经原所感受。由神经原对化学信息感受所形成的特征组合就是感受化学信息的编码。其次较为详细地论述与昆虫感受气味分子相关的一些蛋白质的研究进展。气味分子结合蛋白是一类分子量较小、水溶性的蛋白,主要位于化学感受器神经原树突周围的淋巴液中。在结构上的主要特征是具有6个保守的半光氨酸和由6个α螺旋组成的结合腔。自1981年发现以来,已经在40余种昆虫中发现上百种。由于研究手段的不断进步,已经对该类蛋白的表达特征、结合特性以及三维结构和结合位点进行了大量的研究,提出了多个可能的功能假说,在诸多的假说中,较为广泛接受的是气味分子结合蛋白在昆虫感觉气味的过程中,是与疏水性的气味分子相结合,并将气味分子运输到嗅觉神经原树突膜上的嗅觉受体上。这些处于树突膜上的嗅觉受体则是昆虫感觉气味过程中的另一个十分重要的蛋白质。目前,已经在果蝇、按蚊、蜜蜂和家蚕等10余个昆虫种类中发现上百个嗅觉受体蛋白基因。这类蛋白是跨膜蛋白,一般具有7个跨膜区,整个蛋白的氨基酸残基在400～600个。昆虫的嗅觉受体蛋白的N-端在胞内,而C-端在胞外,这与G耦联蛋白不同。而且,昆虫的一个嗅觉神经元可以表达1～3个嗅觉受体蛋白,也与哺乳动物的一个神经元只表达一种受体蛋白有所不同。每种嗅觉受体可以感受多种气味分子,而一种气味分子可以被多个嗅觉受体所感知,这样组成了感受化学信息的编码谱。最近采用基因敲除技术和膜片钳技术研究发现,昆虫的嗅觉受体蛋白在信号传导中也有特殊性,即嗅觉受体可以直接作为离子通道,而引起动作电位。还有近来的研究表明,神经膜蛋白对于果蝇的性信息素感受神经元感受性信息素cVA是必要的。实际上,昆虫对于化学信息的感受和信号的转导,并不是上述蛋白单独起作用完成的,而是多种蛋白相互作用的结果。论文最后对该领域研究内容进行了展望。     

草地贪夜蛾化学感受相关基因家族的进化分析

草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda于今年1月首次在我国发现以来,已迅速扩散到长江流域省份,对我国玉米生产造成重大危害。本文从全基因组水平对草地贪夜蛾化学感受相关基因进行了鉴定和进化分析。获得了54个气味结合蛋白(odorant binding proteins,OBP)、15个化学感受蛋白(chemosensory proteins,CSP)、82个气味受体(odorant receptors,OR)、210个味觉受体(gustatory receptors,GR)、44个离子型受体(ionotropic receptors,IR)和13个感受神经元膜蛋白(sensory neuron membrane proteins,SNMP)基因。进化分析发现,与家蚕相比,草地贪夜蛾OBP与GR基因具有明显的扩增现象,但SNMP基因存在轻微的收缩。本研究首次从基因组水平鉴定了草地贪夜蛾化学感受相关基因,为进一步开展该物种的相关研究奠定了基础。     

腺苷酸环化酶3缺失下调小鼠嗅觉受体基因表达北大核心CSCD

主要嗅觉表皮组织(MOE)是哺乳动物感知气味分子的重要器官,气味诱导是嗅觉受体神经元(ORN)活动的起点,嗅觉受体(OR)结合气味分子后通过环腺苷酸(c AMP)信号通路向下游传递信号。腺苷酸环化酶3(AC3)是此通路中的重要分子。为了探讨AC3缺失对小鼠MOE内ORs基因表达的影响,本文以AC3敲除型小鼠(AC3-/-)和野生型小鼠(AC3+/+)为材料,采用荧光定量PCR(qRT-PCR)、荧光原位杂交(FISH)技术分析了部分ORs基因及与其相关因子在MOE中的表达。qRT-PCR表明,3月龄AC3-/-小鼠MOE中嗅觉受体Olfr15、Olfr16、Olfr533、Olfr536、Olfr1507和Olfr642的表达量均显著下降。出生后PND7、PND30和PND90三个不同发育时期的AC3-/-小鼠MOE原位杂交显示,嗅觉受体Olfr15、Olfr536和Olfr1507表达的细胞数目均减少。进一步qRTPCR分析发现,3月龄AC3-/-小鼠嗅觉受体相关因子Rtp1、Rtp2、Reep1、Lhx2、Emx2和Ric-8b的表达也均发生显著下调。由此推测,AC3缺失导致的ORs及其相关因子的表达下调可能是嗅觉行为障碍的原因之一。     

腺苷酸环化酶3缺失下调小鼠嗅觉受体基因表达

主要嗅觉表皮组织（MOE）是哺乳动物感知气味分子的重要器官,气味诱导是嗅觉受体神经元（ORN）活动的起点,嗅觉受体（OR）结合气味分子后通过环腺苷酸（cAMP）信号通路向下游传递信号。腺苷酸环化酶3（AC3）是此通路中的重要分子。为了探讨AC3缺失对小鼠MOE内ORs基因表达的影响,本文以AC3敲除型小鼠(AC3-/-)和野生型小鼠(AC3+/+)为材料,采用荧光定量PCR（qRT-PCR）、荧光原位杂交（FISH）技术分析了部分ORs基因及与其相关因子在MOE中的表达。qRT-PCR表明,3月龄AC3-/-小鼠MOE中嗅觉受体 Olfr15、Olfr16、Olfr533、Olfr536、Olfr1507和Olfr642的表达量均显著下降。出生后PND7、PND30和PND90 三个不同发育时期的AC3-/-小鼠MOE原位杂交显示,嗅觉受体Olfr15、Olfr536和Olfr1507表达的细胞数目均减少。进一步qRT-PCR分析发现,3月龄AC3-/-小鼠嗅觉受体相关因子Rtp1、Rtp2、Reep1、Lhx2、Emx2和Ric-8b的表达也均发生显著下调。由此推测,AC3缺失导致的ORs及其相关因子的表达下调可能是嗅觉行为障碍的原因之一。     

东方蜜蜂气味受体基因Or1和Or2的克隆与序列分析

本研究采用自行设计的引物对东方蜜蜂Apis cerana Fabricius气味受体(odorant receptors)Or1、Or2的部分基因组序列(GenBank登录号为:JN544932,JN544931)进行了克隆、测序和分析,以探寻传统气味受体(AcOr1)和非典型气味受体(AcOr2)基因在近缘种昆虫间的进化差异。试验所得的东方蜜蜂气味受体基因Or1、Or2的序列长度分别为1247bp和1138bp,各包含4个和2个内含子,编码区序列长度分别为682、686 bp。经序列比对发现,两气味受体DNA序列在东、西方蜜蜂及熊蜂间差异较大,最低相似性仅为56%(AcOr1—BtOr82a-like),差异的主要来源为内含子长度及其碱基的变异,而编码区氨基酸序列相似性较高,均达85%以上;从整体分析来看,在膜翅目昆虫中,非典型气味受体AcOr2较传统气味受体AcOr1是相对保守的气味受体基因。     

昆虫气味受体研究进展

嗅觉在昆虫的多种行为中发挥关键作用。气味分子与嗅觉神经元树突上气味受体的结合,参与了昆虫嗅觉识别的初始过程。昆虫的嗅觉神经元表达两类气味受体： 一是传统气味受体,该类受体同源性较低,在少部分嗅觉神经元中表达; 二是Or83b家族受体,该类受体不感受气味,在不同昆虫间较为保守且在大多数嗅觉神经元中表达。目前,对于单个传统气味受体的气味分子配体特异性所知甚少; 对于Or83b家族受体,一般认为其可能具有将传统气味受体运送至嗅觉神经元树突膜上的功能。此外,有一些实验证据不支持昆虫气味受体为G蛋白偶联受体的观点。     

2004年度诺贝尔生理学和医学奖简介

2004年诺贝尔生理学和医学奖颁发给两位美国科学家理查德·阿克塞尔(Richard Axel)和琳达·巴克(Linda Buck).他们发现嗅觉系统中一个大家族基因,这一大家族基因可以表达等量的嗅觉受体类型.这些受体位于鼻腔上皮的嗅觉神经元上,以检测不同的气味分子.     

绿盲蝽八个普通气味受体基因的克隆及功能鉴定

【目的】本研究旨在克隆绿盲蝽Apolygus lucorum的气味受体基因,明确这些气味受体基因在绿盲蝽成虫不同组织中的表达水平及对主要寄主植物挥发物的电生理反应,为揭示绿盲蝽对寄主植物的识别机制提供理论基础。【方法】在绿盲蝽成虫触角转录组测序与分析的基础上,通过PCR技术克隆得到8个具有完整ORF的气味受体基因序列。用qPCR研究这8个基因在雌雄成虫不同组织(触角、无触角的头、胸、腹、足和翅)中的表达水平。然后通过爪蟾卵母细胞体外表达结合双电极电压钳技术测试这些气味受体对56种气味化合物的电生理反应。【结果】克隆得到了绿盲蝽8个气味受体基因AlucOR9,AlucOR16,AlucOR38,Aluc OR53,AlucOR55,AlucOR56,AlucOR57和AlucOR58的cDNA全长序列(GenBank登录号:MN905538-MN905545)。这些气味受体含有7个跨膜结构域,且N末端位于胞内,C末端位于胞外,符合昆虫气味受体的典型特征。qPCR结果表明,这8个气味受体基因均在绿盲蝽成虫触角中高表达,而在其他组织中低表达,其中除AlucOR38外的其他7个气味受体基因在雌...     

绿盲蝽八个普通气味受体基因的克隆及功能鉴定

【目的】本研究旨在克隆绿盲蝽Apolygus lucorum的气味受体基因,明确这些气味受体基因在绿盲蝽成虫不同组织中的表达水平及对主要寄主植物挥发物的电生理反应,为揭示绿盲蝽对寄主植物的识别机制提供理论基础。【方法】在绿盲蝽成虫触角转录组测序与分析的基础上,通过PCR技术克隆得到8个具有完整ORF的气味受体基因序列。用qPCR研究这8个基因在雌雄成虫不同组织(触角、无触角的头、胸、腹、足和翅)中的表达水平。然后通过爪蟾卵母细胞体外表达结合双电极电压钳技术测试这些气味受体对56种气味化合物的电生理反应。【结果】克隆得到了绿盲蝽8个气味受体基因AlucOR9, AlucOR16,AlucOR38, AlucOR53, AlucOR55, AlucOR56, AlucOR57和AlucOR58的cDNA全长序列(GenBank登录号:MN905538-MN905545)。这些气味受体含有7个跨膜结构域,且N末端位于胞内,C末端位于胞外,符合昆虫气味受体的典型特征。qPCR结果表明,这8个气味受体基因均在绿盲蝽成虫触角中高表达,而在其他组织中低表达,其中除AlucOR38外的其他7个气味受体基因在雌雄成虫触角间存在显著的表达差异。双电极电压钳记录结果显示,AlucOR57对其中15种气味化合物(苯甲醛、氧化石竹烯、庚醛、反-2-己烯醛、乙酸苯甲酯、桃金娘烯醛、4-乙基苯甲醛、乙酸壬酯、四氢芳樟醇、十三烷、反-3-己烯醇、2-丙烯酸丁酯、丙酸丁酯、乙酸辛酯和乙酸戊酯)有反应,其余7个气味受体对测试的全部气味化合物均无反应。【结论】AlucOR57对测试的一些气味化合物有反应,推测其在绿盲蝽的寄主识别过程中发挥重要作用;其他7个气味受体对测试气味化合物均无反应,其功能有待进一步研究。     

绿盲蝽气味受体基因AlucOR40的克隆及功能研究

【目的】从绿盲蝽Apolygus lucorum触角中克隆气味受体基因Aluc OR40,研究该气味受体基因在绿盲蝽不同组织中的表达水平,然后对该基因的功能进行研究,为理解绿盲蝽的嗅觉识别机制提供理论基础。【方法】在绿盲蝽成虫触角转录组测序与分析的基础上,通过PCR技术克隆得到气味受体基因Aluc OR40的全长序列。用半定量RT-PCR研究该基因在雌雄虫不同组织中的表达水平。然后通过爪蟾卵母细胞体外表达该基因,并结合双电极电压钳检测了该气味受体对60种气味分子包括绿盲蝽性信息素组分和植物挥发物的反应。然后,利用触角电位技术测定羽化后3 d的绿盲蝽成虫对Aluc OR40的气味配体的触角电位反应。【结果】克隆了Aluc OR40(Gen Bank登录号:KU886190)。Aluc OR40编码398个氨基酸,蛋白具有7个跨膜结构域,N末端位于胞内,C端位于细胞外,符合昆虫气味受体的典型特征。半定量RT-PCR的结果显示,Aluc OR40在触角中特异表达,且在雄虫触角中的表达水平高于雌虫。双电极电压钳记录结果显示,Aluc OR40只对反-2-己烯醇一种气味分子具有特异反应。EAG实验结果表明,羽化后3 d的绿盲蝽雌雄虫都对反-2-己烯醇有反应,且雄虫触角的EAG反应显著高于雌虫。【结论】结果提示Aluc OR40参与了绿盲蝽对反-2-己烯醇的识别过程,推测其在绿盲蝽交配过程中雄虫对雌虫的识别中发挥作用。     

封面故事

哺乳动物的嗅觉系统由嗅上皮、嗅球和更高级的嗅觉中枢组成。直接探测气味分子的细胞——嗅感觉神经元位于鼻腔内的嗅上皮上。嗅感觉神经元的纤毛上表达很多气味受体蛋白,这些蛋白可以检测进入鼻腔的气味分子。每个嗅感觉神经元只表达一种特定的气味受体。表达一种气味受体的嗅感觉神经元投射到嗅球中的一到两个嗅小球中,一     

《癌症研究》：两基因表达改变可诱发乳腺癌

Georgetown Lombard综合癌症中心的研究人员发现,在小鼠内,只要两个常见基因的表达有一点点调整,就能导致乳腺癌。这两个基因分别是雌激素受体d和p53,科学家们认为健康妇女体内的这两个基因能够成为生物标志物,帮助预测未来的乳腺癌疯险,     

神经肽Y及其受体在银屑病慢性瘙痒中的表达特征

该文旨在研究神经递质神经肽Y(NPY)及其受体在银屑病小鼠的背根神经节(DRG)与脊髓中的表达特征。将8周龄的雄性C57BL/6小鼠随机分为咪喹莫特(IMQ)模型组和空白对照组两组。观察小鼠的行为学变化和皮肤炎症,采用HE染色分析皮肤炎症,甲苯胺蓝染色分析肥大细胞浸润情况。通过实时荧光定量PCR分析DRG中NPY mRNA的表达变化和皮肤中细胞因子的表达变化,并通过RNA原位杂交技术分析Npy1r(NPY受体Y1相应的基因)、Npy2r(NPY受体Y2相应的基因)的表达情况。鞘内注射Y1拮抗剂或Y2拮抗剂后观察小鼠的行为学变化。IMQ造模小鼠的抓挠行为极显著增加。与对照组相比, IMQ模型组小鼠皮肤出现明显的银屑病样炎症性皮肤病变,而肥大细胞数目并无明显变化。在皮肤中, IMQ模型组IL-4与IL-5 mRNA表达水平与对照组相比没有明显改变;TSLP与IL-33表达水平升高。在DRG中, IMQ模型组NPY的m RNA表达水平与对照组相比升高, Npy2r与Nppb在神经元中有明显的共表达。在脊髓中, Npy1r与Grp有部分共表达, Npy1r与Npy2r同时表达在部分神经元中。在...     

蛾类昆虫性信息素受体及其作用机理

蛾类昆虫性信息素受体首先从烟芽夜蛾Heliothis virescens和家蚕Bombyx mori中鉴定出来, 到目前为止已经克隆得到了19种蛾类昆虫的几十种性信息素受体基因, 并且这些基因在系统发育树中聚成一个亚群。性信息素受体从蛾类蛹期开始表达, 主要表达在雄性触角的毛形感器中, 少部分受体在雌性触角、 雄性触角其他感器以及身体其他部位中也有表达。大部分蛾类性信息素受体的配体并不是单一的, 而是能够对多种性信息素组分有反应, 部分性信息素受体还能够识别性信息素以外的其他物质, 还有一部分性信息素受体的识别配体目前尚不清楚。另外发现在雌性蛾类触角中也存在一些嗅觉受体能够识别雄性分泌的性信息素。在蛾类性信息素受体与性信息素识别的过程中, 性信息素结合蛋白不仅能够特异性地运送配体到嗅觉神经元树状突上, 还能够提高性信息素与性信息素受体之间的结合效率。另外, OrCo类受体与性信息素受体共表达在嗅觉神经元中, 在蛾类性信息素受体与配体的识别过程中扮演了重要角色。但是蛾类信息素对神经元刺激的终止并非由性信息素受体控制, 而是由细胞中的气味降解酶等其他因子调控。蛾类性信息素受体研究中还有很多疑问需要解答, 其过程可能比我们想象的更为复杂。     

内耳发育研究的新进展——神经营养素及其受体的调控和

近年来,对神经营养因子尤其是神经营养素及其功能性受体－－酪氨酸激酶受体ＴｒｋＡ、ＴｒｋＢ、ＴｒｋＣ的研究进展迅速,这些因子能够促进神经元的存活、生长、分化以及损伤后的修复,应用免疫组化、原位杂交和基因敲除小鼠模型方法研究这些因子及其受体在内耳发育中的调控作用,可以在细胞、分子水平上提供有关内耳发育机制的新认识,外源性神经营养素可能在临床治疗失聪上具有潜在的应用价值。     

Nature:科学家鉴别出调节机体睡眠的两个关键基因

正近日,刊登在国际杂志Nature上的ー项研究报告中,来自西南医学中心等机构的研究人员通过研究鉴别出了两个关键的核心基因这两个基因能够帮助调节机体深度睡眠和做梦的水平相关研究或为阐明相关的基因控制睡眠的网络提供新的线索。此前研究者通过对小鼠进行研究发现了能够控制机体快速眼动睡眠的基因,同时该基因还能够诱导深度睡眠,而第二个基因能够控制     

昆虫离子型受体及其功能研究进展

昆虫是地球上最大的动物类群,在长期的进化过程中形成了复杂的感受系统,其中以化学感受(嗅觉和味觉)最为重要。气味受体(odorant receptor, OR)和味觉受体(gustatory receptor, GR)分别在嗅觉和味觉中起关键作用,但近年发现离子型受体(ionotropic receptor, IR)也在一些化学感受中发挥作用,有些IR还参与温度和湿度等非化学感受。IR家族由离子型谷氨酸受体(ionotropic glutamate receptor, iGluR)进化而来,具有典型的3个跨膜结构域;与OR相似,每个IR至少需要一个共受体(co-receptor)才能发挥功能,现已发现4个IR共受体(IR8a, IR25a, IR76b和IR93a);两个或多个IR可以共表达于同一个嗅觉神经元,IR间的不同组合导致神经元不同的气味反应谱。一种昆虫通常含有几个到上百个不等的IR,其中部分IR为触角特异表达,但绝大多数IR的功能及其作用机制仍不清楚。本文综述了IR的结构和进化以及昆虫IR基因鉴定、表达和功能等方面的研究进展,以期为深入研究昆虫IR的功能、作用机制及在害虫防治中...