昆虫气味结合蛋白的研究进展

摘要: 昆虫主要依赖其复杂且灵敏的化学感受系统来识别并区分外界环境中的各种化学信号。嗅觉是负责嗅觉信号传导的感官方式,能够引起昆虫觅食、产卵、交配和躲避天敌等对生存和繁殖至关重要的行为反应。在嗅觉感知过程中,气味结合蛋白(odorant binding proteins, OBPs)最先与外界脂溶性化学物质相互作用,并将其转运至化学受体神经元上,激活树突膜表面分布的嗅觉受体(olfactory receptors, ORs),是嗅觉系统正常运行的必需蛋白。近年来,随着高通量测序和分子生物学技术的快速发展,越来越多的昆虫OBPs相继得以鉴定并开展功能研究。昆虫OBPs是一类可溶性的小分子蛋白,一般由6个α-螺旋构成一个稳定、紧密的疏水性结合腔,其构象变化因昆虫种类和配体结构不同而有所差异。OBPs的分布不受限于嗅觉器官,还在口器、足、中肠、腺体等非嗅觉组织中表达,具有嗅觉识别、味觉感受、营养物质转运、信息素合成与释放、组织发育与分化等生理功能。OBPs行使以上功能的共同特性为结合和溶解包括信息素组分、普通气味分子和非挥发性物质等的疏水性小分子物质。昆虫OBPs的稳定性和多功能性暗示其可广泛应用于害虫防治、生物传感器、分析化学、生态学等多个领域。本文对过去20多年来昆虫OBPs的相关研究进行综述,为进一步深入开展OBPs的功能研究提供理论参考。     

本期重点推介

正气味结合蛋白(odorant binding proteins,OBPs)是昆虫嗅觉机制中的关键物质之一,参与昆虫专一性识别外界环境的第一步生化反应。而昆虫嗅觉对其生理和行为又起着重要作用。研究OBPs的分子构造和功能,对认识昆虫的嗅觉机制并在害虫防治中加以应用都有重要意义。福建农林大学应用生态研究所程小娟、蔡立君和尤民生等在克隆和分析小菜蛾OBP2基因Pxyl OBP2 c DNA序列的基础上,通过实时定量PCR(qRT-PCR)分析Pxyl OBP2在小菜蛾不同发育阶段和不同组织中的表达模式,对Pxyl OBP2进行了原核表达及蛋     

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.     

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。     

绿豆象气味结合蛋白基因的克隆及表达分析

[目的]对绿豆象Callosobruchus chinensis气味结合蛋白(odorant binding proteins,OBPs)基因进行克隆、鉴定和组织表达分析,为研究OBPs在绿豆象嗅觉感受过程中的功能奠定基础.[方法]基于绿豆象触角转录组数据,通过RT-PCR克隆绿豆象6个OBP基因并进行生物信息学分析;...     

家蚕蛹和成虫期GOBP/PBP亚家族基因簇基因定位与表达分析

昆虫的气味结合蛋白（odorant binding proteins, OBPs）在昆虫与外界环境化学信息交流过程中起着重要作用, 对昆虫觅食、求偶、繁殖具有重要意义。普通气味结合蛋白/性信息素结合蛋白（general odorant binding protein/ pheromone binding protein, GOBP/PBP）是鳞翅目昆虫OBP家族的一个重要单系群。为进一步明确家蚕Bombyx mori GOBP/PBP基因的结构、表达及功能, 本研究利用染色体定位及半定量表达分析方法对其进行了分析。染色体定位分析显示, 这些基因以基因簇的形式存在于第19染色体的nscaf3052上, 基因结构相似, 转录方向一致, 表明这些基因可能由同源基因复制产生, 并具有类似功能。对家蚕蛹和成虫不同发育阶段的雌、雄虫多种组织中进行表达分析发现, 这些基因的表达在不同发育时期和不同组织间差异明显（P<0.05）, 相对表达量均以触角中为最高, 其他非嗅觉组织中也多有表达, 性别间差异不大, 说明了该基因簇基因除了具有嗅觉相关的功能外, 很可能具有其他尚未被发现的功能。     

柑橘大实蝇气味结合蛋白基因BminOBP25的克隆、原核表达及组织表达分析

【目的】昆虫的气味结合蛋白(odorant binding proteins,OBPs)与嗅觉识别密切相关,在触角感受器淋巴液内运输外界的脂溶性气味分子顺利到达嗅觉受体过程中起着关键的作用。本研究对柑橘大实蝇Bactrocera minax的气味结合蛋白基因进行了克隆和表达分析,旨在更好地了解气味结合蛋白在柑橘大实蝇嗅觉识别中的作用及为进一步研究柑橘大实蝇嗅觉传递的分子机制奠定基础。【方法】利用RT-PCR和RACE技术克隆柑橘大实蝇的气味结合蛋白基因,并进行生物信息学分析;构建重组表达载体p ET28a(+)-Bmin OBP25,转化到大肠杆菌Escherichia coli BL21(DE3)中,SDS-PAGE及Western blotting鉴定重组表达蛋白;采用荧光定量PCR检测该基因在柑橘大实蝇成虫不同组织中的表达。【结果】克隆获得柑橘大实蝇气味结合蛋白基因的c DNA全长序列,命名为Bmin OBP25(Gen Bank登录号:MH181875)。测序结果表明,Bmin OBP25开放阅读框全长447 bp,编码148个氨基酸,预测分子量为17.5 k D,编码序列具有OBPs典型的6个保守半胱氨酸和6个α螺旋区域特征。在IPTG诱导下目标蛋白以6×His标签融合蛋白的形式在宿主菌中得到稳定表达。荧光定量PCR分析表明,Bmin OBP25 mRNA在成虫触角、头(去除触角)、胸、腹、足、翅和产卵器中均有表达,其中在触角、头(去除触角)、足和产卵器中表达量较高。【结论】Bmin OBP25在柑橘大实蝇成虫触角、头、足和产卵器中具有高转录活性,提示该基因在非嗅觉组织中可能也具有生理功能,特别是可能在昆虫的取食与产卵地选择过程中起重要作用,其功能还需深入研究。本研究实现了Bmin OBP25基因的原核表达,为深入研究Bmin OBP25基因的功能奠定基础。     

角倍蚜气味结合蛋白和化学感受蛋白基因的鉴定及表达谱

【目的】通过对角倍蚜Schlechtendalia chinensis气味结合蛋白(odorant-binding proteins, OBPs)和化学感受蛋白(chemosensory proteins, CSPs)基因进行鉴定和表达谱分析,为研究OBPs和CSPs在角倍蚜嗅觉感知中的功能提供理论依据。【方法】基于角倍蚜基因组和不同发育阶段转录组数据,通过生物信息学方法鉴定和筛选角倍蚜OBPs和CSPs的基因序列;利用邻接法对角倍蚜与其他半翅目昆虫OBPs和CSPs的氨基酸序列进行系统发育分析;根据角倍蚜OBP和CSP基因在不同发育阶段(干雌、干母、春迁蚜、秋迁蚜、越冬若蚜、雌性蚜和雄性蚜)转录组数据中的TPM(tags per million)值进行表达丰度分析,结合qRT-PCR方法检测角倍蚜OBP和CSP基因在不同发育阶段的相对表达量。【结果】从角倍蚜基因组和转录组数据中鉴定出12个OBP基因(SchiOBP2-10,SchiOBP13-15)和9个CSP基因(SchiCSP1-2,SchiCSP4-10);系统发育分析发现,角倍蚜OBPs和CSPs与其他蚜虫OBPs和CSPs...     

本期重点推介

触角结合蛋白(antennal binding proteins,ABPs)是气味结合蛋白(odorant binding proteins,OBPs)的一个亚类,在昆虫嗅觉中可能起作用,但其功能相关研究甚少。南京农业大学植物保护学院张婷和董双林等通过转录     

苜蓿盲蝽气味结合蛋白基因Alin-OBP1的克隆及表达谱分析

有证据表明昆虫气味结合蛋白(odorant binding proteins, OBPs)与其嗅觉识别密切相关,起着运输外界脂溶性气味分子通过嗅觉感器淋巴液到达嗅觉受体的关键作用.为了更好地了解OBPs在苜蓿盲蝽Adelphocoris lineolatus (Goeze)嗅觉识别中的作用,本研究首次克隆了苜蓿盲蝽气味结合蛋白基因Alin-OBP1 (GenBank序列号GQ477022). 测序和序列分析结果表明,该基因开放阅读框长438 bp, 编码145个氨基酸,预测分子量为15.69 kDa,等电点为5.01,N-末端疏水区包含由18个氨基酸组成的信号肽.蛋白特征分析表明,该基因翻译后的蛋白质具有昆虫气味结合蛋白的典型特征,即氨基酸序列中有6个保守的半胱氨酸残基.利用RT-PCR和Real-time PCR技术对Alin OBP1在苜蓿盲蝽成虫不同组织和各个发育阶段的表达水平进行了测定,结果显示Alin-OBP1几乎全部在触角中表达.不同发育阶段Alin-OBP1表达量不同,在5龄若虫和成虫阶段表达水平最高.结果提示Alin-OBP1可能在苜蓿盲蝽感受包括性信息素在内的外界化合物的过程中发挥着重要作用.