蚊子嗅觉系统的最新研究进展

由于蚊子传播疟疾、登革热、黄热病等多种疾病,严重威胁着人类的健康及生活.现有的化学防治手段不但效果不理想,而且导致蚊子抗性增强,环境污染,并危害到其它生物种群.蚊子的行为很大程度上依赖于它们的嗅觉系统,因而根据蚊子的嗅觉系统的研究来利用化学生态手段去防治蚊子成了近期的研究热点.这一方法不但对环境更加友好,而且对蚊子专一性强,避免伤害其它生物.本文根据近期关于蚊子嗅觉系统的研究,尤其针对蚊子气味结合蛋白(odorant binding protein,OBP)、气味受体(odorant receptor,OR)蛋白和驱蚊胺(DEET)的最新研究结果进行了综述.     

国外科技简讯

从番茄中提取驱蚊剂最近,美国北卡罗来纳州立大学的科学家们,已获得了从番茄中提取安全而有效的驱蚊剂的专利。原来这些科学家在蚊子幼虫的消化道中发现了一种蛋白,这种蛋白可使蚊子在一定时间停止摄食。此后他们又证实,这种蛋白也存在于番茄中。研究发现,如果将这种蛋白的油剂搽在志愿受试者的手臂皮肤上,经过12小时后,仍有91%的驱蚊效果。但很多目前市售的驱蚊剂的有效成份DEET (N,N-二乙基-甲基-甲苯酰胺),在施药12小时后的驱蚊效果却只有78%。试验结果还证明,从番茄中提取的驱蚊剂,不仅比DEET的毒性小,而且驱虫的范围更广(包括蜱和…     

避蚊胺标靶被发现

从疟疾流行地区到度假露营地,驱虫剂避蚊胺（DEET）是全世界使用最广泛的热带地区防避蚊虫及其他吸血类昆虫的药物。现在,MatIlias Dizen及其同事将研究目标锁定在DEET的分子标靶上,即避蚊胺究竟通过什么机制使得昆虫不愿在人身上饱餐一顿？对这一问题的解答可以对未来研究其他安全有效的驱虫剂产生指导意义。Dizen及其同事对果蝇及蚊子神经系统的活动及行为的观察记录表明,DEET是通过阻断需要嗅觉蛋白OR83b的气味受体的功能而起作用的。该化合物通过阻断这些受体而掩盖了人类散发的被经过的昆虫闻上去像是“食物”的气味。相关研究发表在2008年3月14日《科学》杂志。     

新型高效驱蚊剂问世持续生效时间是普通驱蚊剂的3倍

美国佛罗里达大学的一个科研小组研制出了新的高效驱蚊剂，持续生效时间是普通驱蚊剂的3倍。 据德国《世界报》报道，目前最常用的驱蚊物质是二乙基甲苯酰胺和羟哌酯。新驱蚊剂来自所谓的N-酰基哌啶家族。除了登革热和黄热病外，蚊子还传播疟疾。蚊子喜欢由二氧化碳、乳酸、脂肪酸和氨基酸等组成的自然人体气味。但汗水、     

青蛙“驱蚊剂”

一项新的研究发现,如果在1只实验室小鼠的尾巴上涂抹一种澳大利亚绿树蛙(Litoria caerulea)的皮肤分泌物,那么蚊子住50多分钟内都会绕道而行,而没有涂抹绿树蛙皮肤分泌物的小鼠,在12 min内就会遭到蚊子的叮咬。科学家发现, 其他地区的青蛙也能分泌这种天然“驱蚊剂”。研究人员在2月 21日出版的《现代生物学》杂志上报告了这一研究成果。但是所有这些分泌物的功效都无法与能够提供2 h保护的人工合成避蚊胺(DEET)相比。然而重要的是,青蛙能够持续不断地分泌这种防止蚊虫叮咬的“驱蚊剂”。摘自《科学时报》2006年3月1日     

三种化学品能够干扰蚊子嗅觉

<正>英国《泰晤士报》网站2011年6月1日报道:科学家干扰蚊子嗅觉,为抗击疟疾带来新希望。新一代强效驱蚊剂有望在控制疟疾的斗争中开辟一条新战线,因为科学家发现的一种方法能够干扰蚊虫测出人所处位置的能力。美国科学家发现,有3种化学品能够干扰蚊子感觉到人们呼出的二氧化碳的能力。人们呼出的二氧化碳正是     

蚊虫搜寻吸血寄主和产卵行为的调节因子及相关嗅觉机理

嗅觉在蚊虫的吸血寄主搜寻、产卵和糖源搜寻行为中起决定作用,而在交配行为中的作用并不清楚。本文系统全面地综述了近20年来蚊虫化学生态学和嗅觉识别的分子机理的研究。蚊虫的触角、下颚须和口喙上的嗅觉感器感觉环境中释放的各种挥发性化合物。气味分子与嗅觉气味结合蛋白和气味受体的结合所启动的一系列生化反应产生神经动作电位。蚊虫嗅觉神经元编码气味中化合物的组成、浓度及其暂时瞬间的浓度变化和空间分布。吸血前后神经元的活性在数量和质量上有变化,反映了蚊虫在搜寻吸血寄主和产卵行为上的调节。在吸血寄主搜寻中,人体和动物释放的二氧化碳、乳酸以及其他气味协同引诱蚊虫向目标气味源定向飞行,最后找到吸血寄主。而成熟产卵雌蚊是利用产卵场所释放的腐烂气味寻找适宜的产卵场所,一些蚊虫卵、幼虫或蛹分泌的产卵信息素引诱和刺激雌蚊产卵,并与产卵生境气味起协同作用。植物气味尤其是花香味引诱蚊虫找到蜜源。驱避剂也是直接或间接通过嗅觉起作用,一些驱蚊剂由于阻断嗅觉反应而抑制蚊虫的定向飞行。从植物、动物或人体以及产卵场所释放的气味中有望找到有效的引诱和驱避化合物。对蚊虫嗅觉识别机理的认识将使我们开发出有效的蚊虫诱捕技术,进而应用于种群监测和控制。     

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。     

中华按蚊气味结合蛋白AsinOBP1与避蚊胺(DEET)的结合特性分析

【目的】研究中华按蚊Anopheles sinensis气味结合蛋白1(Asin OBP1)与避蚊胺(N,N-diethylm-toluamide,DEET)的结合特性,并与埃及伊蚊Aedes aegypti Aaeg OBP1、致倦库蚊Culex quinquefasciatus Cqui OBP1进行比较,分析与DEET互作的关键氨基酸残基。【方法】利用原核表达载体进行目的蛋白Asin OBP1的原核表达及纯化。以N-苯基-1-萘胺(N-phenyl-1-naphthylamine,1-NPN)作为荧光探针,通过荧光竞争结合实验对Asin OBP1与DEET的结合特性进行分析,并比较Asin OBP1,Aaeg OBP1和Cqui OBP1与DEET的结合能力,通过分子对接鉴定其与DEET互作的氨基酸残基。【结果】Asin OBP1能与DEET结合,解离常数为29.55μmol/L。在相同实验条件下,Cqui OBP1和Aaeg OBP1都能结合DEET,解离常数分别为17.15和12.81μmol/L。与Aaeg OBP1和Cqui OBP1相比,Asin OBP1结合DEET的能力最弱,Aaeg OBP1最强。分子对接显示,DEET分子结合在Asin OBP1二聚体靠近交界面的结合口袋边缘,结合口袋由α4,α5和α6上的氨基酸残基Leu-92,Leu-95,His-96,Leu-99,Ala-107,Met-108,Met-110,Gly-110,Cys-114,Leu-115,Trp-133,Met-108',Lys-112'和Leu-115'组成。比较分析发现3个蛋白中与DEET甲苯基团形成疏水性作用的氨基酸残基、与DEET羰基氧形成氢键的氨基酸残基是相同的,但与DEET二乙基侧链形成疏水性作用的氨基酸残基中,有一个位置存在差异,Aaeg OBP1是Leu,而Asin OBP1和Cqui OBP1是Met残基。Leu的疏水性强于Met,可能是Aaeg OBP1与DEET的结合能力较强的原因之一。【结论】Asin OBP1能够结合DEET,不同蚊虫气味结合蛋白1与DEET的亲和力存在差异,进一步探索这些差异形成的原因对于阐明气味结合蛋白与DEET互作的模式具有重要的参考价值。     

果蝇幼虫气味编码的分子基础

全球农业经济的损失主要来自昆虫幼虫的取食,而昆虫幼虫的取食主要是依靠气味介导的嗅觉作用。耶鲁大学的昆虫嗅觉神经生物学家对黑腹果蝇Drosophila melanogaster幼虫嗅觉分子基础进行了研究。RT—PCR扩增出23个气味受体基因,其中13个基因,同成虫触角和下颚须内的气味受体基因相同,     

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。     

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。     

大豆蚜嗅觉在选择寄主植物中的作用

大豆蚜 Aphis hlycines 有翅和无翅孤雌生殖蚜为其寄主植物大豆叶和鼠李叶气味所引诱,而非寄主植物棉花叶和黄瓜叶气味处于中性,丝瓜叶和南瓜叶气味具有明显的排斥作用。非寄主植物气味可以遮蔽寄主植物气味的引诱作用。大豆蚜触角感受器对植物气味具有嗅觉生理反应,对一些化合物的最小感觉阈值达10-5至10-6体积比浓度,表明大豆蚜触角上存在识别植物气味的嗅觉受体细胞。由此证明,嗅觉在大豆蚜选择寄主植物过程中起重要作用。     

大豆蚜嗅觉在选择寄主植物中的作用

大豆蚜ＡＰｈｉｓｇｌｙｃｉｎｅｓ有翅和无规孤雌生殖蚜为其寄主植物大豆叶和鼠李叶气味所引诱,而非奇主植物棉花叶和黄瓜叶气味处于中性,丝瓜叶和南瓜叶气味具有明显的排斥作用。非寄主植物气味可以遮蔽寄主植物气味的引诱作用。大豆蚜触角感受器对植物气味具有嗅觉生理反应,对一些化合物的最小感觉阈值达１０－５至１０－６体积比浓度,表明大豆蚜触角上存在识别植物气味的嗅觉受体细胞。由此证明,嗅觉在大豆蚜选择寄主植物过程中起重要作用。     

科研快讯

<正>Science:疟原虫触发人体产生吸引蚊子的气味科学家可能发现了疟疾感染者招引蚊子的部分原因。疟疾是经蚊子叮咬或输入带疟原虫者的血液而感染疟原虫所引起的虫媒传染病。寄生于人体的疟原虫共有四种,即间日疟原虫,三日疟原虫,恶性疟原虫和卵形疟原虫。蚊子喜欢叮咬已感染上疟疾的人,而且明显是由某种气味引起的。如今,在一项新的研究中,瑞典研究人员说,他们鉴定出疟原虫分泌出的一种物质触发人体产生这种气味,而且这种气味仅为蚊子所察觉到。相关研究结果在线发表在Science期刊上。英国利物浦热带医学院寄生虫研究     

鼻腔结构影响人体嗅觉反应的数值模拟

采用一个符合实际解剖学的鼻腔结构,建立了鼻腔仿生模型和气味分子传输过程的控制方程,应用ANSYS软件,对鼻腔流场进行了数值模拟。结果显示吸气速度越大,流过嗅觉区的气味分子越多,越容易产生嗅觉;鼻腔入口处到嗅觉区的距离越短,流过嗅觉区的气味流量越大,越容易产生嗅觉。从而,丰富了嗅觉理论,使人们进一步认识嗅觉,为人工嗅觉提供了仿生理论依据。     

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     

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。     

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。     

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。