金龟子嗅感器及嗅觉机理的研究进展

昆虫利用触角上的嗅觉感受器来识别化学信号。金龟子触角的嗅觉感受器为板形感器和锥形感器。与鳞翅目昆虫一样,金龟子嗅感器对化学气味具有选择性,并且雌雄两性间常常存在嗅觉差异。目前金龟子嗅觉信号转导的分子生物学研究也开展起来,已鉴定了多种金龟子的气味结合蛋白(OBP)和信息素结合蛋白(PBP),同一类群金龟子的PBPs相互之间同源性很高。     

昆虫感受气味物质的分子机制

在昆虫触角中,位于嗅觉感器神经树突膜上的气味受体蛋白与同源配位体相互作用将化学信号转换为神经活动.在与气味受体相互作用前,这些疏水性的配位体必须进入和穿过含有高度聚集气味降解酶的水环境,气味分子和气味结合蛋白OBP相互作用,在水腔和感器的表皮毛壁的交界面上与气味分子结合,通过扩散穿过水腔,将气味运送到神经细胞膜受体.接收后传入中枢神经系统.中枢神经系统对所有感官器官接收信号进行整合,最后使效应器官产生行为反应.对昆虫感受气味物质的分子机制进行了探讨.     

昆虫气味受体研究进展

昆虫的嗅觉是其行为感觉的一种重要信号输入来源,在昆虫的气味识别过程中有多种蛋白质参与,它们在调控昆虫的取食、群集、交尾和产卵等一系列行为中起着重大作用,这些与昆虫嗅觉相关的蛋白主要包括气味结合蛋白(Odorant-binding Proteins,OBPs)、化学感受蛋白(Chemosensory Proteins,CSPs)、气味受体(Odorant Receptors,ORs)、离子型受体(Ionotropic Receptors,IRs)、感觉神经元膜蛋白(Sensory Neuron Membrane Proteins,SNMPs)和气味降解酶(Odorant degrading enzyme)等.其中,气味受体是嗅觉系统中的关键成员之一,具有识别气味分子并向下游传递嗅觉信号的重要作用,其介导的气味分子与嗅觉神经元树突上气味受体的专一性结合是重要的嗅觉识别基础.气味受体主要分为两类:传统气味受体和非典型性气味受体,传统气味受体具有识别气味分子的功能,在不同昆虫间的同源性较低;非典型性气味受体不能识别气味分子,它与普通气味受体共表达,协助它们完成对气味分子的识别,在不同昆虫间非典型性气味受体的序列较为保守.气味受体的功能验证主要采用培养细胞系法、电压钳技术和果蝇"空神经元"法,研究昆虫气味受体的功能可为寻找气味配体,开发针对害虫的食物引诱剂和驱避剂、性诱剂以及聚集信息素等奠定理论基础.文章从气味受体的鉴定与分类、结构、表达、系统进化关系以及功能等方面综述了国内外关于气味受体的研究进展,为昆虫嗅觉机制的研究及害虫的预防和治理提供参考.     

昆虫外周嗅觉系统研究进展

嗅觉作为昆虫感知外界环境的主要手段之一,在觅食、防御、交配、繁殖、信息交流及栖息地选择等方面起着十分重要的作用。研究环境中或来自生物体的气味分子作用于昆虫感觉器官引起昆虫产生行为反应的机制,有助于人们了解昆虫的寄主识别、种间互作和种内交流等行为及制定害虫治理和益虫保护等策略。本文对昆虫嗅觉系统中气味分子的传导过程,及外周嗅觉系统相关蛋白的功能及研究现状进行综述。气味分子通过嗅觉感受器进入外周嗅觉系统,进而转化为电信号进入中枢神经系统进行加工处理。气味结合蛋白与气味分子进行结合,并将其运输到气味受体;化学感受蛋白也能够与气味分子结合,但其在昆虫体内具有更为广泛的功能;气味受体具有识别气味结合蛋白或化学感受蛋白传递而来的气味分子的功能,并将这种化学信号转化为电信号;离子受体在外周嗅觉系统具有和气味受体相似的作用,但其气味反应谱更窄;感觉神经元膜蛋白在气味分子的传递过程中可能起到的重要作用;气味降解酶也存在多种降解气味分子的假说。通过对昆虫外周嗅觉系统的研究进展进行梳理,为今后研究昆虫外周嗅觉系统提供参考。     

鞘翅目昆虫气味结合蛋白研究进展

嗅觉在昆虫行为反应中具有重要作用，气味结合蛋白是昆虫外周嗅觉系统中发挥关键作用的一类功能性蛋白。鞘翅目为昆虫纲中最丰富的类群，数目众多、分布广泛。虽然气味结合蛋白研究起步较晚，但近年来国内外发展尤为迅速，其主要聚焦于气味结合蛋白与气味分子相互作用研究方面。基于此，本文综述了鞘翅目昆虫气味结合蛋白的种类、结构特征、表达分布、生理功能，以及研究方法，并指明了目前存在问题和未来研究方向，以期为揭示昆虫-植物（气味分子等）化学通讯机制和行为控制及开辟新型害虫防控体系提供理论基础。     

昆虫对气味信息素的感受机制

昆虫触角拥有灵敏的嗅觉系统,用以感知环境中对其生存繁衍至关重要的气味信息。气味信息素经感受器上的小孔进入,与血淋巴内的气味结合蛋白结合后,导致其结构变化,从而完成信息素到受体的传递。由信息素受体组成的离子通道在与信息素结合后,可以直接或经由环核苷酸途径打开离子通道,引起昆虫神经冲动,从而传递气味信号。文章介绍了昆虫嗅觉感受器结构的构造特点,总结了气味信息素与气味结合蛋白的结合和释放机制,说明了神经电冲动的产生过程,概述了激活离子通道的整个过程,展望了信息素与离子通道作用机制研究在害虫防治和实践中的应用前景。     

天牛嗅觉感受相关蛋白研究进展

天牛是鞘翅目中危害经济林木和园林绿化树木的一类钻蛀性害虫,常造成严重的生态破坏和经济损失。经过长期进化,天牛形成了与寄主定位、取食、交配和产卵等行为相关的复杂嗅觉系统。昆虫对外界化学物质的感知有多种蛋白质参与,其中气味结合蛋白(Odorant binding proteins,OBPs)、化学感受蛋白(Chemosensory proteins,CSPs)和气味受体(Odorant receptors,ORs)为感知过程的重要参与者,对昆虫行为学研究具有重要意义。从以上3种嗅觉相关蛋白基因的克隆、组织表达特征和功能研究等方面综述天牛嗅觉相关蛋白的研究进展,为天牛嗅觉蛋白参与化学物质感知过程研究提供参考。     

昆虫嗅觉机制的研究进展

嗅觉机制对于昆虫选择栖息地、获得食物、趋利避害、传递讯息、群集以及繁殖等许多行为起到重要作用。因此,通过研究昆虫嗅觉系统,可以阐释嗅觉发生过程中的普遍机理,还有助于理解昆虫嗅觉活动与其整个生命活动之间的联系,进而为高等动物特别是人的嗅觉研究提供科学依据。并且通过对昆虫嗅觉机理的研究,发展出了一系列新的害虫治理方法,为害虫防治提供了新的思路。近年来,随着生物化学、分子生物学、昆虫行为学和昆虫电生理学的深入研究,科技人员发现了许多相关的嗅觉活性分子和嗅觉相关基因,从分子层面对昆虫嗅觉机制进行解释。本文综述了气味信号通过嗅感器转变为电信号,并由昆虫触角叶编码整合,最终传递到前脑整个过程中所涉及的分子组件及昆虫体内生理生化等方面有关进展。     

中华蜜蜂气味结合蛋白AcerOBP7的表达及结合特性

[目的]中华蜜蜂(Apis cerana cerana,简称中蜂)是我国本土蜂种,也是重要的传粉昆虫和经济昆虫.气味结合蛋白(odorant binding protein,OBP)是蜜蜂嗅觉感知中的关键蛋白.在前人对中蜂AcerOBP7基因序列特征分析的基础上,本研究进一步对其表达特性及与气味物质的结合能力进行探究,...     

小菜蛾气味结合蛋白PxylOBP13基因克隆与序列分析

小菜蛾是为害十字花科蔬菜的重要害虫,干扰其嗅觉识别功能是实现小菜蛾有效治理的重要途径。本研究克隆并鉴定了1个小菜蛾气味结合蛋白基因,命名为PxylOBP13(GenBank登录号为KT156679);该基因开放阅读框全长387bp,编码128个氨基酸;预测蛋白分子量为14.33KDa,等电点为7.55,N端无信号肽序列,有3个疏水性区域,具有气味结合蛋白家族的保守结构域和6个保守的半胱氨酸残基,与6种鳞翅目昆虫的气味结合蛋白氨基酸序列一致性达50%以上。研究结果可为进一步研究小菜蛾气味结合蛋白功能,阐明小菜蛾嗅觉机制,制定科学有效的治理措施提供依据。     

华山松大小蠹感受器的类型和分布

【目的】揭示华山松大小蠹感受器的超微结构和分布规律,为进一步探索华山松大小蠹对寄主树木的识别机制和行为调控提供理论依据。【方法】对华山松大小蠹雌雄成虫及幼虫全身的感受器进行扫描电镜和透射电镜观察。【结果】华山松大小蠹成虫头部是感受器分布集中的部位,成虫的前足、鞘翅和膜翅也有化学感受器的分布,主要有毛形感器、刺形感器、锥形感器、栓锥形感器、B?hm氏鬃毛、钟形感器和芽形感器7种类型;幼虫全身分布B?hm氏鬃毛、锥形感器、栓锥形感器。触角毛形感器是单层壁孔感器,孔状结构连接内腔神经;触角刺形感器是3～4层壁无孔感器;锯齿形毛状结构内部无神经等结构。【结论】位于触角的毛形感器是华山松大小蠹识别寄主树木的主要嗅觉感受器类型;刺形感器不是感受气体物质的嗅觉感受器;锯齿形毛状结构是防止虫体受到机械伤害的微毛,不具备感受器功能。     

Molecular cloning of odorant-binding protein: member of a ligand carrier family

Odorant-binding protein (OBP) is found in nasal epithelium, and it selectively binds odorants. Three complementary DNAs encoding rat odorant-binding protein have now been cloned and sequenced. One clone contains an open reading frame predicted to encode an 18,091-dalton protein. RNA blot analysis confirms the localization of OBP messenger RNA in the nasal epithelium. This OBP has 33 percent amino acid identity to alpha 2-microglobulin, a secreted plasma protein. Other members of an alpha 2-microglobulin superfamily bind and transport hydrophobic ligands. Thus, OBP probably binds and carries odorants within the nasal epithelium to putative olfactory receptors.     

美国白蛾触角感器超微结构

为研究美国白蛾(Hyphantria cunea)触角感器与其嗅觉感受机制的关系,借助扫描电镜观察了其触角感器类型及其分布。结果显示:美国白蛾雌蛾触角为锯齿状,雄蛾触角为双栉齿状,也称羽毛状;在雌雄触角上共发现10种类型感器,即长毛形感器Ⅰ(ST-Ⅰ)、短毛形感器Ⅱ(ST-Ⅱ)、刺形感器(SCH)、锥形感器(SB)、栓锥形感器(SST)、具缘毛腔锥形感器Ⅰ(SCO-Ⅰ)、无缘毛腔锥形感器Ⅱ(SCO-Ⅱ)、鳞形感器(SSQ)、B hm氏鬃毛(BB),以及一种新型感器——舌形感器(SL)。毛形感器数量最多,且雄蛾多于雌蛾。雌雄蛾同类感器中除SCO-I雌雄差异不显著外,其余感器类型长度雌雄均差异显著,其中,雌蛾SST及SCO-Ⅱ长度均显著大于雄蛾,ST-Ⅰ、ST-Ⅱ、SCH、SB及SSQ长度均为雄蛾显著大于雌蛾。SL仅分布于雄蛾羽状分支腹面,SSQ位于雌雄触角纵轴及分支背面,BB位于雌雄触角柄节两侧,其余感器均分布于雌雄触角腹面。     

Molecular and in vitro biochemical assessment of chemosensory protein 10 from brown planthopper Nilaparvata lugens at acidic pH

Chemosensory proteins(CSPs) are important molecular components of the insect olfactory system, which are involved in capturing, binding, and transporting hydrophobic odour molecules across the sensillum in sensillar lymph in regulating insect behavior. This protein family(CSPs) is also involved in many other systems that are not linked to olfactory receptors in olfactory sensilla. The brown planthopper(BPH) is a monophagous pest of rice that causes damage by sucking phloem sap and transmitting a...     

桉蝙蛾幼虫触角及胸腹体表感器形态及分布特征

  目的  基于感器形态、类型、数量、分布特征,探究桉蝙蛾幼虫触角及体表感器与其蛀道生活的适应性。  方法  利用扫描电镜观察桉蝙蛾4龄幼虫触角、胸部及腹部体表感器的形态特征并分类,结合测量、统计分析和等比例绘图,分析感器数量和分布特征。  结果  桉蝙蛾幼虫触角感器主要分布在鞭节末端,共有8对感器,分别是3对刺形感器、4对锥形感器和1对栓锥形感器,推测其感器类型能满足幼虫感受化学及机械刺激的需求。胸腹部体表的感器类型是Bohm’s鬃毛及刺形感器;其中刺形感器分3个亚型,基部至中部均为螺旋状;刺形感器Ⅱ型最独特,外壁具有刺状突起,推测其在幼虫的机械伸缩及防御上起作用。  结论  桉蝙蛾幼虫触角及体表感器类型与其蛀道生活相适应,该结果为桉蝙蛾幼虫寄主选择与适应研究提供基础。      

中华蜜蜂化学感受蛋白CSP1的功能模式分析及亚细胞定位

【目的】研究中华蜜蜂(Apis cerana cerana,简称中蜂)重组化学感受蛋白CSP1与不同化学信息素的结合功能、模式及其亚细胞定位,明确触角特异表达的CSP1蛋白功能。【方法】将克隆的中蜂CSP1构建至p ET-32a(+)载体并转入BL21(DE3)感受态细菌中,挑取单克隆菌落接种于LB培养基,培养过夜后按1%(V/V)进行转接,继续培养至OD600≈0.4左右时,加入IPTG至终浓度为1 mmol·L~(-1)后继续诱导5 h。将诱导好的CSP1大肠杆菌菌液离心弃上清,再加入细菌裂解液超声破碎,离心后上清用镍柱对CSP1重组蛋白进行亲和层析纯化,再经PBS透析液透析后,最终获得可溶的具有生物活性的CSP1重组蛋白。设定荧光分光光度计的激发波长为281 nm,测定竞争性荧光探针1-NPN与CSP1的相互作用,用Scatchard方程计算其解离常数,再计算获得CSP1与各种候选化学信息素的亲和力。以CSPMbra A6晶体结构(PDB代码:1n8v)为模板,通过同源建模和分子对接解析CSP1蛋白与化学信息素的结合模式,根据Mol Dock Score选出最佳对接模型进行作用机理分析,获得结合时配基周围的CSP1残基分布以及氢键产生情况,以此获得信息素与CSP1的结合模式。最后将CSP1免疫注射兔子获得多克隆抗体,并对中蜂工蜂触角进行低温固定、脱水和包埋后进行超薄切片,然后对样品切片进行免疫胶体金电镜定位,以解析CSP1在触角感器中的亚细胞分布。【结果】成功诱导获得可溶性的重组中蜂CSP1蛋白,利用荧光光谱分析1-NPN与CSP1的解离常数K1-NPN为2.1μmol·L~(-1),结合位点数n为0.99,表明结合时基本以1:1结合,线性相关系数为0.9933。在9种化学信息物质中,CSP1与两种蜜蜂蜂王信息素成分对羟基苯甲酸甲酯(HOB)和9-羰基-2癸烯酸(9-ODA),和植物挥发物成分3-蒈烯均具有较强的结合能力,其中与CSP1亲和力最强的对羟基苯甲酸甲酯的[IC50]和解离常数KD分别达到10.1和7.68μmol·L~(-1)。分子对接显示不同配基与CSP1的结合分别是通过与CSP1疏水腔中特定氨基酸残基(或借助于氢键)作用结合。典型的如CSP1与HOB相互作用过程中,预测主要由8个氨基酸残基贡献能量,包括4个疏水性残基(Phe30、Phe44、Leu70和Phe85),3个极性中性残基(Tyr26、Tyr27和Ser41)以及1个酸性残基(Asp40),其中Asp40中两个羧基上的氧原子分别与HOB苯环中羟基上的氧原子分别产生一个氢键。免疫电镜定位结果显示CSP1主要表达于板形感器周围附属支持细胞中,少量表达于感器内部,这与气味结合蛋白的定位存在明显区别。【结论】中蜂CSP1与两种蜂王信息素成分和某些植物花香成分具有较强的结合能力,集合了信息素结合蛋白和普通气味结合蛋白的功能和相似的作用模式,但其亚细胞定位与气味结合蛋白存在明显区别,显示化学感受类蛋白生理特征的多样性。     

Ascorbic acid: cofactor in rabbit olfactory preparations

A stimulant-induced decrease in absorbance at 267 nanometers in preparations from rabbit olfactory epithelium requires ascorbic acid as a cofactor. Vitamin C is bound to proteins in the olfactory mucosa in vivo. When the stimulant. 3,7-dimethyl-6-octen-3-ol interacts with olfactory proteins, it triggers a change in protein conformation which renders ascorbic acid available for oxidation. The specific decrease in absorbance at 267 nanometers is produced when the "freed" ascorbic acid is oxidized.     

昆虫性信息素结合蛋白功能研究进展

嗅觉系统在昆虫的生命活动中具有重要的功能作用。通过嗅觉蛋白来识别环境中以及种内所释放的化学信号物质,进而指导昆虫完成求偶,躲避天敌等生命活动。近些年来,随着转录组测序技术的日益发展,许多昆虫的嗅觉家族相关基因已被鉴定。而性信息素结合蛋白(pheromone binding protein, PBPs)因其功能的特殊性与重要性,一直以来备受研究者的关注。目前,丰富的科学手段,例如电压钳,RNAi,EAG等已为嗅觉蛋白功能做出了不同的阐述,并有一些新的发现,但目前尚存在一些问题亟待解决。笔者根据国内外近些年的研究进展,从昆虫性信息素结合蛋白的理化性质、不同组织表达模式及其与其他嗅觉相关蛋白之间的关系等方面进行了综述。