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...     

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。     

蚊虫嗅觉识别的神经机制

蚊虫主要依赖嗅觉系统与外界环境进行化学信息交流。蚊虫通过嗅觉感受系统寻找食物、 配偶和产卵场所, 进而做出相应的行为反应。本文综述了近年来蚊虫嗅觉系统对气味信号神经传导机制的研究进展。蚊虫的嗅觉感器主要位于触角和下颚须, 触角上的毛形感器和锥形感器感受氨水、 乳酸、 羧酸类化合物等人体和其他动物释放的微量气味物质, 下颚须上的锥形感器则感受呼出的二氧化碳以及一些其他的挥发性物质; 蚊虫嗅觉感器内部有受体神经细胞, 其上分布有嗅觉受体蛋白, 蚊虫对外界环境的化学感受就是通过气味物质与这些受体蛋白互作而得以实现; 根据对不同气味物质的反应谱差异, 嗅觉神经细胞被分为不同的功能类型; 来自嗅觉神经细胞的神经信号进一步从外周传导至中枢神经中脑触角叶内的神经小球, 在此对信息进行初步的处理, 通过评估嗅觉神经细胞的反应和触角叶内的神经小球相应被激活的区域, 不同小球被分别命名; 最后, 神经信号继续整合, 由投射神经传向前脑, 最终引发一系列昆虫行为反应。这些研究从理论上剖析了气味信号在蚊虫嗅觉系统中的神经转导通路, 对于我们深刻理解蚊虫的嗅觉系统具有重要意义, 同时也有助于进一步理解其他昆虫甚至人类的气味识别机制及进行更深层次神经科学的探索。     

昆虫嗅觉受体及其介导的信号转导机制研究进展

高度灵敏的嗅觉系统,能够帮助昆虫准确识别环境中不同来源的挥发性化合物,在昆虫觅食、交配和产卵等生命活动过程中起着至关重要的作用.通过感觉神经元膜上数量巨大且种类繁多的嗅觉受体,昆虫可以识别不同的气味物质,进而调控其行为.已知的昆虫嗅觉受体主要有三种,离子型受体、气味受体和响应二氧化碳及信息素的味觉受体.目前嗅觉受体的分子结构及其介导的信号转导机制仍然没有得到完整的阐释,嗅觉受体配体的鉴定工作也还任重道远.本综述就昆虫嗅觉受体的结构、进化、功能表征方法以及气味受体介导信号转导的机制等方面的研究进展进行了综述,以期对研究昆虫嗅觉编码和调控,以及昆虫与植物间互作提供一定的理论参考.     

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。     

昆虫嗅觉相关可溶性蛋白的研究进展

昆虫在长期进化过程中形成了一套高度敏感的嗅觉系统,通过该系统昆虫可以完成寻觅配偶、定位寄主及选择产卵位点等多种行为。在昆虫嗅觉系统中的可溶性蛋白主要有气味结合蛋白(odorant-binding protein, OBP)和化学感受蛋白(chemosensory protein, CSP)。OBP可以特异性结合并运输疏水性的气味分子相应的受体,是昆虫化学识别过程的第一步,具有十分重要的作用。CSP与OBP的结构和功能类似,主要参与化合物的识别和运输,尽管没有直接的证据表明CSP也参与了昆虫的化学感受过程,但已有研究发现,CSP在昆虫嗅觉系统中发挥着重要的作用。本文主要从分子特性、蛋白结构、表达模式、生理功能等方面分别对昆虫的OBP和CSP进行了概述,为深入的研究两者的功能提供理论参考,进而为以昆虫嗅觉系统为靶标的害虫防治提供新的思路。     

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。     

昆虫化学感受蛋白(CSPs)的功能研究概述

昆虫的嗅觉系统与其各项生命活动息息相关,化学感受蛋白(CSPs)是嗅觉系统中的重要组成部分,可以结合气味或信息素分子,并传递给嗅觉受体,完成嗅觉相关功能。随着分子生物学技术和测序手段的不断发展,越来越多的昆虫CSPs得到鉴定。CSPs在昆虫体内广泛分布于触角、跗节、下颚须等化学感受器官,同时也在表皮、腹部、体躯等非感受器官大量表达,具有感知化学分子的功能并且与昆虫生长、发育、繁殖等生理功能及昆虫对杀虫剂的抗性相关。本文通过从CSPs的发现和命名、分子特性、结构及分布等方面展开综述,着重介绍CSPs的气味分子识别作用机制、抗药性机制及功能分类,以期为今后利用CSPs作为靶标防治害虫提供参考。     

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。     

寄生蜂嗅觉蛋白研究进展

寄生蜂对外界环境中气味的识别过程尤为复杂,需要很多组织器官参与,嗅觉系统在寄生蜂选择寄主、识别定位寄主和寄生过程中发挥着重要的作用。常见的嗅觉相关蛋白有气味结合蛋白、化学感受蛋白、气味受体等,本文从嗅觉蛋白的鉴定、结构特征与分类、表达定位、系统发育、功能研究等方面综述了寄生蜂嗅觉蛋白的国内外研究进展,为更多寄生蜂嗅觉相关蛋白的鉴定及其功能研究提供参考。     

G蛋白偶联受体寡聚化对受体功能影响的研究进展

G蛋白偶联受体(G protein-coupled receptor,GPCR)是细胞膜上最大的受体家族,参与感光、嗅觉、行为调节、自主神经和免疫调节等多种生理过程。GPCR能够以寡聚体的形式在信号识别及转导中发挥重要作用。该文综述了GPCR寡聚化的类型以及寡聚化对受体结构与功能、受体内化和相关药理生理学等方面的影响。     

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。     

昆虫触角叶的结构

触角叶是昆虫脑内初级嗅觉中心,通过触角神经与触角联系。触角叶主要由嗅觉受体神经元、局域中间神经元、投射神经元和远心神经元构成。这些神经元的形态多样,其形态变化与其功能和昆虫嗅觉行为相关。这些神经元在触角叶内交织形成神经纤维网,在突触联系紧密的地方形成纤维球,纤维球通常排列在触角叶外周。通常,昆虫触角叶内纤维球的数量、大小和位置相对固定,并且几乎每个小球都可以被识别和命名。不同种类、性别和品级的昆虫中,纤维球的数量、大小和排列方式各不相同。触角叶结构神经元组成和纤维球的多样性,与各种昆虫嗅觉行为的特异性相对应。     

昆虫气味认知的嗅觉神经结构及分子机制

大多数昆虫主要通过气味认知感知外界环境的变化,维持生命活动。探究昆虫气味认知的嗅觉系统神经结构及分子机制,对于完善气味认知神经生物学理论及利用其原理进行仿生学研究等有重要的科学意义。近年,关于昆虫气味认知科学研究有了很大的进展。本文从昆虫神经生物学的视角详细综述了近年关于昆虫气味认知的嗅觉神经结构、分子机制及气味信号的神经传导途径等方面的基本理论及最新研究成果。综述结果显示:昆虫对气味的认知是通过嗅觉神经系统的触角感器、触角叶(AL)、蕈形体(MB)等脑内多层信号处理神经结构来实现的。当外界气味分子进入触角感器内后,由感器内特定的气味识别蛋白(OBP)将气味分子运载到达嗅觉感受神经元(ORN)树突膜上的受体位点,气味分子与表达特定气味的受体(OR)结合产生电信号,并以动作电位的形式通过ORN的轴突传到脑内的触角叶。在触角叶经过嗅觉纤维球对气味信息选择性加工处理,再由投射神经元(PNs)将初步的识别和分类的气味信息传到蕈形体和外侧角(LH)等神经中枢,实现对气味的识别和认知。虽然,近年昆虫气味认知神经生物学的研究有了很大的进步,但是,我们认为目前的研究成果还不能完全阐明昆虫气味认知的神经机制,还有很多问题,例如,触角叶上众多的嗅觉纤维球是如何对嗅觉感受神经元传入的气味信息进行编码处理的?等有待进一步深入研究。为了搞清这些疑难问题,我们认为需要提高现有的实验技术水平,加强电生理学和分子神经生物学相结合的实验研究,从分子水平探究气味认知的神经机制可能是未来研究的热点。     

酵母双杂交筛选华北大黑鳃金龟触角均一化cDNA文库

昆虫错综复杂的嗅觉系统在昆虫寻找寄主、 交配、 产卵以及逃避行为中起到了至关重要的作用。因此, 对昆虫嗅觉感受机理的研究将有助于揭开昆虫感受和识别环境中的气味物质并引起相关行为反应的秘密。为了更多地了解华北大黑鳃金龟Holotrichia oblita Faldermann 嗅觉相关蛋白互作机制, 本实验利用DUALhunter Starter Kits酵母双杂交筛选试剂盒, 构建了华北大黑鳃金龟气味结合蛋白OBP2诱饵载体, 筛选了华北大黑鳃金龟触角酵母双杂交系统均一化的cDNA文库。通过β-半乳糖苷酶活性检测以及GenBank中Blast比对分析, 以OBP2为诱饵鉴定出6个阳性互作物。我们推测其中的一种较强的阳性互作物凝固酶原可能是华北大黑鳃金龟在嗅觉识别过程中的相关蛋白。     

棉铃虫嗅觉受体基因的克隆及组织特异性表达

昆虫嗅觉受体是一个高度变异的蛋白家族,但是其中一类嗅觉受体很特殊,它们在不同昆虫体内高度保守。该文作者从棉铃虫Helicoverpa armigera体内克隆得到了这类受体基因,命名为ORHarm。ORHarm编码473个氨基酸残基,序列中有7个跨膜区,是典型的G蛋白偶联的受体。ORHarm与已经报道的昆虫同类嗅觉受体的同源性在60％以上,与近缘种烟芽夜蛾Heliothis virescens嗅觉受体的同源性高达99.4％。半定量RT-PCR研究表明,ORHarm主要在棉铃虫成虫触角中表达,在喙中也有表达,但表达量较低,在成虫其他的部位不表达;在棉铃虫发育的各个时期,如卵、幼虫、蛹和成虫体内,也都有表达。ORHarm不仅在感受挥发性气味物质的过程中起着重要的作用,而且也参与液态化学刺激的识别过程。     

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。     

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.     

G蛋白偶联受体介导的神经信号跨膜转导

Ｇ蛋白偶联受体介导的神经信号跨膜转导郭君,周安武,杜雨苍（中国科学院上海生物化学研究所,上海２０００３１）关键词Ｇ蛋白偶联受体,神经信号跨膜转导受体是细胞膜或细胞内的一些首先能与生物活性物质相互作用的分子,它们能够识别配基并与其结合,然后将受体与配基...