气味结合蛋白研究进展
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嗅觉感知和分子机制的研究进展嗅觉是我们进行感知的五种基本感觉之一,涉及我们对周围环境中气体分子的感知。
随着分子生物学和神经科学的不断发展和进步,我们对嗅觉感知和分子机制的了解也越来越深入。
在本文中,我将就嗅觉感知的基本过程及其分子机制的研究进展进行详细讨论。
一、嗅觉感知的基本过程嗅觉感知的基本过程可以被简单概括为以下几个步骤:1. 气味分子的探测:气味分子进入鼻腔后,会被嗅觉受体细胞上的气味受体所探测。
气味分子与气味受体的结合,触发了相应的信号转导通路。
2. 信息传递:嗅觉受体细胞产生的信号将会在嗅球中被处理和整合,并继续传输到大脑皮质中的嗅觉区域。
在这里,神经元会继续处理和解码气味信息。
3. 感知与判断:最后,我们将会感知和判断气味的质量和强度,并且作出相应的反应。
二、嗅觉感知的分子机制如上所述,嗅觉的基本感知过程需要依赖气味分子和气味受体之间的相互作用。
因此,目前的研究主要集中在探索气味感受受体的类型、分布和工作机制上。
1. 气味受体的类型:目前已经发现了超过1000种不同的气味受体,它们可以被分为两类:OR和VR。
其中,OR受体主要用于探测揮发性气味分子,而VR受体则主要用于探测大分子化合物。
2. 气味受体的分布:气味受体主要分布在鼻腔的黏膜上,它们以一种高度特异性和差异性的方式分布在整个鼻腔中。
这种分布模式为我们提供了一种保证广泛气味感知的方式。
3. 气味受体的工作机制:气味受体的工作机制基于他们与气味分子的结合。
具体来说,气味分子丰度的变化会导致气味受体结构的变化,这个结构变化会再次促进气味受体和G蛋白的结合。
这一过程会释放G蛋白中的GTP,从而启动神经元中的信号转导通路。
总之,虽然嗅觉感知和分子机制还存在许多未知的问题,但是在过去的几十年里,我们已经取得了一些关键的进展,这些进展有助于我们更好地了解嗅觉感知的基本过程和分子机制。
随着技术和方法的不断提升和完善,我们相信研究人员将会对嗅觉感知和分子机制有更多深入的认识和理解。
昆虫嗅觉受体功能的研究进展目录1. 内容概述 (2)1.1 昆虫嗅觉的重要性 (3)1.2 嗅觉受体的发现与研究 (3)1.3 文档的目的与结构 (5)2. 昆虫嗅觉受体的结构和功能 (6)2.1 嗅觉受体蛋白的基本结构 (7)2.2 嗅觉受体蛋白的配体结合特性 (8)2.3 昆虫嗅觉受体与化学感应能力的关系 (10)3. 嗅觉受体的多样性 (11)3.1 不同昆虫嗅觉受体的基因分析 (12)3.2 特定功能相关的嗅觉受体家族 (13)3.3 嗅觉受体基因的调控机制 (15)4. 嗅觉受体的信号转导途径 (16)4.1 昆虫嗅觉受体的传导机制 (17)4.2 视紫红质/振荡电位形成的作用 (18)4.3 神经元水平的嗅觉信号处理 (19)5. 嗅觉受体功能研究的最新发展 (20)5.1 转基因和基因突变研究的应用 (21)5.2 行为实验与嗅觉受体功能的直接关联 (22)5.3 单细胞和多基因阵列分析方法 (23)6. 嗅觉受体功能的潜在使用 (24)6.1 在昆虫害虫控制中的作用 (25)6.2 关于昆虫通讯与交流的研究 (26)6.3 嗅觉受体工程和应用前景 (27)7. 结论与今后研究方向 (29)7.1 文档的总结 (30)7.2 未来的研究趋势和挑战 (31)1. 内容概述昆虫嗅觉受体并与之相结合的蛋白质,这些受体在昆虫的嗅觉系统中起核心作用,能够感知周围环境中的气味信号,进而指导昆虫的行为。
研究昆虫嗅觉受体的功能对于深入理解昆虫行为、生态适应、遗传进化以及进行害虫管理等具有重要意义。
嗅觉受体发现与分类:介绍多种昆虫嗅觉受体的发现历程和家族分类,包括它们的进化关系以及在不同昆虫中的表达模式。
嗅觉受体分子机制:探讨嗅觉受体蛋白的结构特点、信号传导途径以及与气味分子相互作用的模式。
表达调控研究:分析嗅觉受体在不同生命周期阶段和不同组织中的表达调控机制。
功能丧失的影响:探讨嗅觉受体基因敲除或突变对昆虫嗅觉感知和行为的影响。
在中国茶树栽培生产中,各茶产区均有茶小绿叶蝉分布,为害较重[1],其中小贯小绿叶蝉(Empoasca onukii Matsuda )又名假眼小绿叶蝉,是为害尤为突出的主要种群[2-3];其成虫、若虫刺吸茶树汁液,常致茶树叶片焦黄、枯萎,是导致茶树生长迟滞、减产的重要因素[4-5]。
小贯小绿叶蝉的防控研究一直是茶园植物保护领域的重点[1,6]。
以茶树挥发物为研究基础的食诱剂开发是当前茶树害虫绿色防控的研究热点之一[7-10]。
随着分子技术和计算机综合应用的发展,利用蛋白模型与配体进行分子对接是一种便利高效地研究蛋白质结合功能的方法,可在分子计算层面显示受体蛋白与配体分子的相互作用[11-13]。
由此比较不同蛋白质与配体结合的差异性,也可以比较不同化合物与同一蛋白的结合能力,进一步筛选有利用价值的蛋白和化合物分子[14-15]。
在昆虫嗅觉感受系统中,气味结合蛋白(odorant-binding proteins ,OBPs )是一类主要行使化合物分子识别和运输功能的水溶性蛋白[16-17]。
OBPs 蛋白氨基酸序列具有保守性和多变性,研究表明不同OBPs 蛋白与环境中的挥发性化合物结合存在一定的特异性[18-20]。
以OBPs 蛋白为靶标,采用分子对接技术研究其与不同挥发性化合物的结合能力,可为引诱剂或驱避剂开发提供理论基础,提高筛选效率。
本实验对EnouOBP17蛋白模型与食诱剂成分开展分子对接研究,旨在阐明EnouOBP17与食诱剂分子的结合模式和结合能力。
1材料与方法1.1材料1.1.1蛋白模型准备通过AlphaFold 蛋白结构数据库(https:///)获得小贯小绿叶蝉气味结合蛋白EnouOBP17的三维结构模型[21]。
在UCLA 网站(/)上利用评估程序对蛋白模型的质量进行检测。
ERRAT 程序主要是统计0.35nm 范围内蛋白质不同类型原子间形成的非共价键数据,结果必须大于50%[22]。
嗅觉受体基因和蛋白的研究进展彭鹤;赵鲁杭【摘要】The olfactory perception is the process that the olfactory receptor is activated by odorous molecules, which induce the transduction of signal in the cell and the chemical information is transduced into electrical impulses. After the changed signal is transmitted to the brain,the whole perception process completes. OR gene belongs to the multigene family. The coded olfactory receptor proteins belong to the G-protein-coupled receptor ( GPCR) superfamily and therefore are invariably seven-transmembrane domain(7TM) protein. Olfactory receptor protein plays an important role in olfactory perception and signal transduction process.%嗅觉感知的起始是由嗅觉受体( olfactory receptor,OR)被气味分子激活,引起细胞内的信号转导,将气味的化学信号转变成电信号,传到更高的脑部结构,完成气味感知.OR基因属于多基因家族,编码的嗅觉受体蛋白(olfactory receptor protein)属于G-蛋白偶联受体超家族,有7个跨膜区域.嗅觉受体蛋白在嗅觉识别气味及信号传导过程中起着重要的作用.【期刊名称】《浙江大学学报(医学版)》【年(卷),期】2012(041)001【总页数】6页(P117-122)【关键词】嗅觉受体神经元;受体,有气味性物质/遗传学;嗅觉;信号传导【作者】彭鹤;赵鲁杭【作者单位】浙江大学医学院生物化学与分子生物学实验室,浙江杭州310058;浙江大学医学院生物化学与分子生物学实验室,浙江杭州310058【正文语种】中文【中图分类】R394.3嗅觉在动物的生命活动中起着重要作用,是生物体感受外界环境的一种生理感觉。
昆虫气味结合蛋白研究进展张治科;张烨;吴圣勇;雷仲仁【摘要】嗅觉在昆虫生命活动中起着重要的作用,气味结合蛋白(odorant binding proteins,OBPs)是昆虫嗅觉系统中发挥重要作用的蛋白之一,近年随着基因组学、转录组学的快速发展,越来越多的昆虫OBPs基因陆续被鉴定出来,部分OBPs的功能也逐步被证实.本文作者针对OBPs的种类、结构特征、表达分布、三维结构以及生理功能等方面进行了综述,为更多昆虫OBPs基因的鉴定及其功能研究提供参考,也为进一步揭示昆虫-环境间的化学通讯机理以及开辟害虫新的防治策略奠定基础.%Olfactory plays important roles in the behavior of insects,illustrating the olfactory mechanism of insects will be useful to regulate insect behaviors and develop new strategy for pest control.Odorant binding proteins is one class important proteins in insect olfactory system.In recent years,with the rapid development of genome and transcriptome,more and more odorant binding proteins were identified,among them,some proteins' functions were proved gradually,which are beneficial to reveal the machenism of insect olfactory.This paper summarized theclasses,structure,expression,distribution,three-dimensionalmodel,physiological functions of odorant binding proteins,which could provide reference for identifying more odorant binding proteins and studying their functions,lay the foundation for revealling furtherly chemical communication mechanism between insect and environment.【期刊名称】《环境昆虫学报》【年(卷),期】2017(039)003【总页数】8页(P713-720)【关键词】昆虫嗅觉;气味结合蛋白;结构特征;表达分布;生理功能【作者】张治科;张烨;吴圣勇;雷仲仁【作者单位】宁夏农林科学院植物保护研究所,宁夏植物病虫害防治重点实验室,银川750002;山西省农业科学院植物保护研究所,太原030031;中国农业科学院植物保护研究所,植物病虫害生物学国家重点实验室,北京100193;中国农业科学院植物保护研究所,植物病虫害生物学国家重点实验室,北京100193;闽台特色作物病虫生态防控协同创新中心,福州350002【正文语种】中文【中图分类】Q965;S433昆虫在长期进化过程中演化出复杂的嗅觉、味觉、触觉等信号感受机制,其中嗅觉在昆虫寄主选择、交尾、觅食、忌避及信息传递等生命活动中发挥重要作用。
【综述】蚊虫气味结合蛋白和气味受体蛋白研究进展黄晓丹1 ,代玉华1 ,程鹏1 ,赵久旭2 ,张崇星1 ,寇景轩1[摘要]蚊虫在生长、发育、捕食、繁殖、进化的过程中形成了复杂的嗅觉系统,多种蛋白参与了这一过程,这些蛋白包括气味结合蛋白( OBPs) 、气味降解酶( ODEs) 以及气味受体( ORs) 等。
现主要总结近年来蚊虫气味结合蛋白和气味受体蛋白两方面研究的最新进展,为蚊虫嗅觉系统研究及开展蚊虫防治工作提供新的参考信息。
[关键词]嗅觉系统; 气味结合蛋白; 气味受体蛋白[中图分类号]R184. 31 [文献标识码] A [文章编号]1672-2116 ( 2014) 04-209-04Progress in Research on Odorant Binding Proteins andOlfactory Receptors of MosquitosH UAN G Xi a o-dan1 ,DA I Y u-hua1 ,CHE N G P e n g1 ,ZH A O J i u-x u2 ,ZH AN G Ch o n g-xi n g1 ,KO U J i n g-x uan11Sh a n d on g I nst i t ute o f P a r a s i t i c D i se a ses,Sh a n d on g A c ad emy o f M e d i c a l Sc i ences,Ji n i n g272033,Sh a n d on g P rov i nc e,C h i n a.2 J i n i n g H e a l t h Sc hoo l.A b s t r a c t Ob j ec t ive Mo squit o s ha v e fo rmed its c o mple x o l f act o r y s y stem in t he p r o cess of g r ow th,f eedin g,repr o ducti o n and e vo luti o n,and man y pr o teins are in vo l v ed in this pr o cess〃T hese pr o teins mainl y include o-d o rant bindin g pr o tein ( OBPs),o d o rant de g radin g en zy mes ( ODEs) and o d o rant recept o rs ( ORs),etc〃T his paper re v ie w ed the recent ad v ances in the stud y of m o squit o o d o rant bindin g pr o tein and o l f act o r yrecep- t o rs,s o as t o pr ov ide ne w in fo rmati o n fo r m o squit o o l f acti o n s y stem research a nd i mplementati o n o fm o squit o c o ntr o l wo rk〃Key words olfactory system; odorant binding protein; olfactory receptor蚊虫不仅叮吸骚扰人类,而且可传播疟疾、登革热、丝虫病、黄热病、流行性乙型脑炎等多种传染性疾病,是对人类威胁最大的卫生媒介昆虫。
·2015·黄曲条跳甲气味结合蛋白基因PstrOBP1克隆测序及其原核表达张国辉1,杨岭1,夏根1,田晓丽2,毛永娜3(1长江大学农学院/长江大学昆虫研究所,湖北荆州434025;2长江大学生命科学学院,湖北荆州434025;3湖北省林业科学研究院荆州分院,湖北荆州434020)摘要:【目的】对黄曲条跳甲气味结合蛋白基因PstrOBP1进行克隆测序及其原核表达,以期为深入探究PstrOBP1基因的分子特征、功能机制及异源表达条件提供理论依据。
【方法】基于黄曲条跳甲头部转录组数据,通过RT-PCR 克隆编码黄曲条跳甲气味结合蛋白的基因PstrOBP1,对其进行生物信息学分析,并采用半定量PCR 检测组织表达模式,以原核表达系统和镍柱表达纯化PstrOBP1融合蛋白,采用Western blotting 对其进行验证,并对PstrOBP1进行同源比对及构建系统发育进化树。
【结果】PstrOBP1基因开放阅读框(ORF )长459bp ,编码152个氨基酸残基,N 端含有19个氨基酸残基组成的信号肽序列,其中有6个保守半胱氨酸残基,属于Classic OBPs 亚家族。
PstrOBP1与榆绿毛萤叶甲PaenOBP13和榆黄毛萤叶甲PmacOBP13的氨基酸序列的相似性较高,分别为52.3%和51.5%,表明其与二者亲缘关系较近,推测具有相似功能。
组织表达分析结果显示,PstrOBP1基因特异性表达于黄曲条跳甲成虫的头部,暗示该基因参与了黄曲条跳甲成虫的化学感受过程。
经多次优化原核表达条件,表达出大量可溶性PstrOBP1蛋白。
Western blotting 检测结果显示,PstrOBP1基因在大肠杆菌中成功表达约32kD 的重组蛋白。
【结论】成功克隆PstrOBP1基因,其编码蛋白很可能是一个参与黄曲条跳甲化学通讯过程的重要嗅觉蛋白。
通过反复优化原核表达条件,表达出大量可溶性蛋白,为该蛋白后续功能研究所需的蛋白样品准备提供参考。
昆虫性信息素结合蛋白功能研究进展作者:田志强孙丽娜李艳艳张怀江闫文涛岳强全林发仇贵生来源:《农学学报》2017年第09期摘要: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。
关键词:性信息素结合蛋白;触角;昆虫;嗅觉基因;功能0引言昆虫的嗅觉系统在其适应环境的过程中发挥了不可替代的作用,对其寻找配偶及产卵场所,躲避天敌等行为产生了重要影响,其中求偶交配行为对于昆虫种群的繁衍发展等具有重要的意义。
昆虫脑部触角叶一般由两个平行亚系统组成,一个主要负责处理寄主植物气味,而另一个特化为专门处理种内或相似种之间的性信息素。
目前,研究者已就普通气味结合蛋白(General Odorant Binding Proteins,GOBPs)和性信息素结合蛋白(Pheromone Binding Protein,PBPs)分别作为气味结合蛋白(odorant Binding Proteins,OBPs)开展了广泛研究。
关于求偶交配行为发生的第一步,目前被普遍认为是性信息素结合蛋白识别并结合性信息素分子后,将其运输至嗅觉受体发生级联放大反应,进而指导昆虫进行求偶行为。
昆虫对性信息素分子的识别主要由分布在触角上的感受器完成,气味分子能够穿过感受器表面布着的微孔(Pore)进入触角感受器,与淋巴液中相对应的气味结合蛋白结合,而后被运送至感觉神经元膜上的气味受体(Olfactory Receptor,ORs)。
昆虫嗅觉气味结合蛋白OBP的研究进展摘要:昆虫嗅觉气味结合蛋白是嗅觉机制中重要的一部分,本文参考近年来国内外对昆虫气味结合蛋白的研究结果,从昆虫气味结合蛋白的生化特性、在触角中的分布、结合特性、蛋白结构、表达时间及代谢、生理功能等几个方面对气味结合蛋白进行了阐述。
关键词:昆虫;气味结合蛋白;三维结构;触角;配体结合嗅觉在昆虫的生存和繁衍中至关重要,昆虫通过分布于触角(少数为下唇须)表层的嗅觉感受器来获取环境中的化学信息,进而调控其觅食、聚集、求偶和寻找产卵场所等重要行为。
昆虫对气味分子的识别,包括气味分子的质(不同分子)、量(不同浓度)以及释放间歇,有赖于昆虫整个嗅觉系统中各级神经元素对气味分子的信息编码,即在各级神经元素中的分子图像。
研究嗅觉机制,就是阐明昆虫对气味分子信息编码的整体过程,亦即气味分子的识别机理,涉及到昆虫嗅觉编码一般过程的内容包括OBP、嗅觉受体与分子识别以及分子图像等(娄永根,程家安,2001)。
一般而言,昆虫对气味物质的识别过程大致包括以下几步(穆兰芳等,2005) (1)外界环境中亲脂性的气味分子通过昆虫触角感器表皮上的微孔进入亲水性的感器淋巴液,与感器淋巴液中的可溶性气味结合蛋白(Odorant binding protein , OBP)结合,形成气味分子-OBP 复合体;(2)复合体穿过亲水性的嗅觉淋巴液,到达神经树突膜上的气味受体;(3)气味受体受到刺激后,膜通透性发生改变,产生动作电位,同时气味分子在OBP 作用下又迅速失,然后在气味降解酯酶和谷胱苷肽转移酶的作用下降解。
一些研究表明,昆虫感受到的气味物质多为脂溶性的小分子化合物。
这些小分子化合物通过触角上皮间的孔道扩散到达触角感受器淋巴液,触角感受器的淋巴液是亲水性的液体,而外界亲脂性气味分子不能通过这些亲水性的液体直接到达嗅觉神经树突末梢,据此推测神经树突周围液体中可能存在一种气味结合蛋白(odorant binding protein,OBP),溶解并运输脂溶性气味化合物通过亲水性液体。
㊀收稿日期:2021-03-14基金项目:2021年辽宁省普通高等学校校际合作项目(生药学本科联合培养)ꎻ2021年教育部产学合作育人项目(202102653013)作者简介:桑育黎(1973-)ꎬ女ꎬ山东莱州人ꎬ博士ꎬ副教授ꎬ研究方向:天然药物化学ꎬE ̄mail:sangyuli@lnuꎬedu.cn.㊀㊀辽宁大学学报㊀㊀㊀自然科学版第49卷㊀第1期㊀2022年JOURNALOFLIAONINGUNIVERSITYNaturalSciencesEditionVol.49㊀No.1㊀2022赤拟谷盗气味结合蛋白研究进展桑育黎ꎬ石㊀磊ꎬ辛跃强ꎬ韩甜甜ꎬ范广文(辽宁大学药学院ꎬ辽宁沈阳110036)摘㊀要:赤拟谷盗是一种世界性的储粮害虫ꎬ在粮食储藏过程中ꎬ给人类造成了严重的经济损失.目前防治赤拟谷盗的方法多种多样ꎬ包括使用化学保护剂㊁通过气调熏蒸㊁控制温湿度㊁机械防治及行为调控等ꎬ其中行为调控是防治赤拟谷盗的一种重要手段.行为调控防治手段主要依赖调控赤拟谷盗嗅觉系统对其觅食㊁防御㊁交配㊁繁殖㊁信息交流等行为产生影响ꎬ以此形成驱避与触杀作用ꎬ而气味结合蛋白在嗅觉系统中起着关键的作用.研究表明昆虫的气味结合蛋白具有稳定的三维结构ꎬ有利于与气味分子进行结合ꎬ并且在昆虫体内表达有差异ꎬ而目前主流的研究方法多种多样.本文通过对赤拟谷盗气味结合蛋白的结构㊁种类㊁表达分布及主流研究方法进行综述ꎬ为进一步研究昆虫气味结合蛋白及防治赤拟谷盗等害虫提供理论参考.关键词:赤拟谷盗ꎻ气味结合蛋白ꎻ研究方法中图分类号:R966㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:1000-5846(2022)01-0079-08ResearchProgressontheOdorant ̄BindingProteinofTriboliumCastaneumHerbstSANGYu ̄liꎬSHILeiꎬXINYue ̄qiangꎬHANTian ̄tianꎬFANGuang ̄wen(CollegeofPharmacyꎬLiaoningUniversityꎬShenyang110036ꎬChina)Abstract:㊀TriboliumcastaneumHerbstisaworldwidegrainstoragepestꎬwhichhascausedseriouseconomiclossestohumanbeingsintheprocessofgrainstorage.AtpresentꎬtherearevariousmethodstopreventandcontrolTriboliumcastaneumHerbstꎬincludingtheuseofchemicalprotectiveagentsꎬfumigationthroughcontrolledatmosphereꎬtemperatureandhumiditycontrolꎬmechanicalcontrolandbehaviorregulationꎬamongwhichbehaviorregulationisanimportantmeanstopreventandcontrolTriboliumcastaneumHerbst.BehaviorregulationmethodsmainlyrelyontheolfactorysystemofTriboliumcastaneumHerbsttoaffectitsforagingꎬdefenseꎬmatingꎬreproductionꎬinformationexchangeandotherbehaviorsꎬsoastoformrepellentandcontactkillingeffectsꎬandodorant ̄bindingproteinsplayakeyroleintheolfactorysystem.Studieshaveshownthatinsectodorant ̄bindingproteinshaveastablethree ̄dimensionalstructureꎬwhichisconduciveto㊀㊀bindingwithodorantmoleculesꎬandtheirexpressionininsectsisdifferentꎬandthecurrentmainstreamresearchmethodsarediverse.Inthispaperꎬthestructureꎬspeciesꎬexpressiondistributionandmainstreamresearchmethodsoftheodorant ̄bindingproteinoftheredcornwormwerereviewedꎬandthetheoreticalreferenceforfurtherresearchontheodorant ̄bindingproteinofinsectsandthecontroloftheredcornwormandotherpestswasprovided.Keywords:㊀TriboliumcastaneumHerbstꎻOdorant ̄bindingproteinꎻresearchmethod㊀㊀赤拟谷盗(TriboliumcastunemHerbst)为鞘翅目ꎬ拟步甲科ꎬ拟谷盗属昆虫ꎬ是一种重要的世界性仓储害虫[1]ꎬ广泛分布于热带与较温暖地区ꎬ在我国至少23个省(区)有分布[2].研究表明ꎬ赤拟谷盗对温度要求较高ꎬ35ħ时卵孵化率最高[3-4].其食性复杂ꎬ主要寄生于小麦㊁玉米㊁稻谷㊁高粱㊁干果㊁中草药㊁生药材等.其成虫体表具有臭腺ꎬ该腺体可分泌苯醌等致癌物质[5]ꎬ会使面粉等商品在储藏过程中出现结块㊁变色及发臭等现象而不能使用[6].由于其寿命较长ꎬ繁殖迅速ꎬ食性复杂ꎬ适应性强ꎬ可对多种商品造成严重损害ꎬ导致巨大的经济损失.目前ꎬ赤拟谷盗的基因组测序已经完成ꎬ已成为第二大模式昆虫[7].昆虫借助嗅觉系统感知外界环境信息ꎬ指导其进行觅食㊁交配㊁繁殖及躲避天敌等活动[7].据报道ꎬ其外周嗅觉系统包含多种蛋白ꎬ如气味受体(OdorantreceptorsꎬOrs)[8]㊁气味结合蛋白(Odorant ̄bindingproteinsꎬOBPs)[9-11]㊁化学感受蛋白(ChemosensoryproteinsꎬCSPs)[12]㊁离子受体(IonotropicreceptorsꎬIRs)[13]㊁感觉神经元膜蛋白(SensoryneuronmembraneproteinsꎬSNMPs)[14]和气味降解酶(OdordegradingenzymesꎬODEs)[15-16]等功能蛋白.气味分子等化学信号通过感受器小孔进入感受器管腔ꎬ并通过淋巴液扩散ꎬ淋巴液中含有多种蛋白ꎬ其中包括气味结合蛋白等ꎬ气味结合蛋白与气味分子结合到达嗅觉感受器ꎬ激活受体ꎬ以上过程是生物感受外界气味信息的第一步.文献报道昆虫可以通过嗅觉特异性感知环境中的气味分子ꎬ从而指导其行为.例如Gao等[17]在研究赤拟谷盗幼虫接触北艾挥发油的机制时ꎬ发现赤拟谷盗幼虫的OBP/CSP等蛋白表达量显著上调ꎬ当使用RNAi抑制TcOBP11与TcCYP4BN6表达时ꎬ赤拟谷盗幼虫在接触北艾挥发油后ꎬ致死量显著增加ꎬ提示TcOBP11可以通过驱使赤拟谷盗远离北艾挥发油ꎬ参与到赤拟谷盗防御机制中.昆虫气味结合蛋白的特性对赤拟谷盗防治有着特殊意义ꎬ而在生物防治过程中ꎬ采用环保㊁经济的天然植物挥发油制成的驱避剂不仅具有环保及商业价值ꎬ也成为研究的热点ꎬ赤拟谷盗作为第二大模式昆虫ꎬ研究其气味结合蛋白亦对昆虫气味结合蛋白的总体研究进展有着重要的影响.1㊀气味结合蛋白目前ꎬ学界对昆虫OBPs研究较为丰富ꎬ研究发现OBPs多储存在昆虫的嗅觉受体神经元周围的细胞外液之中和感受器的淋巴液之中.OBPs是一类水溶性小分子蛋白ꎬ一般偏酸性ꎬ典型的OBPs通常由120~150个氨基酸组成[18]ꎬ它属于载体蛋白超家族 脂质蛋白.昆虫的OBPs与脊椎动物的OBPs具有不同的折叠模式ꎬ脊椎动物OBPs通常由8个β-筒状结构和羧基末端1个α-螺旋组成ꎬ而昆虫OBPs则是由6个α-螺旋所组成ꎬ且排列紧凑ꎬ包围出1个疏水腔[19-22].昆虫的OBPs结构中还通过3个二硫键进行稳定结构ꎬ使其具有更好的热稳定性与保守性.08㊀㊀㊀辽宁大学学报㊀㊀自然科学版2022年㊀㊀㊀㊀OBPs传递气味分子的功能最早见于鳞翅目类昆虫的触角之中ꎬ对多种昆虫的体内克隆ꎬ均得到了OBPs基因ꎬ其不同种类间存在极大差异.2㊀气味结合蛋白的种类第一个鉴定出的昆虫OBPs为1981年Vogt等[23]从多音大蚕蛾中得到的性外激素结合蛋白(pheromone ̄bindingproteinsꎬPBPs)ꎬ随后越来越多的OBPs被鉴定出来.昆虫嗅觉感受器中含有大量OBPs.Engsontia等[8]研究发现ꎬ赤拟谷盗相较于其他昆虫具有更多的气味受体基因ꎬ在341个气味受体基因中ꎬ含有259个气味结合蛋白基因.目前许多研究将OBPs分为3个亚家族ꎬ包含PBPs[23]与普通气味结合蛋白(generalodorant ̄bindingproteinsꎬGOBPs)ꎬPBPs主要分布在雄性昆虫体内ꎬ而GOBPs则与之有根本不同ꎬ在雄性雌性体内皆有分布与表达ꎬ其基因序列具有高度保守性ꎬ在不同物种之中可能具有相似作用ꎬ一般认为与PBPs不同的是ꎬGOBPs除了能结合性激素外ꎬ也发挥着与一般气味分子结合的功能ꎬ因此被称为GOBPsꎬ且根据其保守氨基酸序列不同又可分为GOBPs1与GOBPs2[10].不同亚家族的OBPs具有不同的特性ꎬ且与不同气味特异性识别感觉神经元相关.还有一些研究依据保守的半胱氨酸数量和特征将OBPs分为经典OBPs(含有6个半胱氨酸残基)㊁Plus-COBPs(较经典OBPs多出1个脯氨酸和2个半胱氨酸残基)㊁AtypicOBPs(非经典气味结合蛋白具有9~10个半胱氨酸残基位点)和Minus-COBPs(较经典OBPs缺少2个半胱氨酸残基).3㊀气味结合蛋白的表达分布对于赤拟谷盗OBPs表达部位ꎬDippel等[24]研究发现ꎬ赤拟谷盗50个OBPs中ꎬ共49个分别在赤拟谷盗触角㊁头㊁口器㊁腿及躯干中有表达ꎬ并通过MALDI-TOFMS蛋白质指纹图谱分析发现ꎬ有3个经典OBPs和大部分C-OBPs在其他部位有表达ꎬ这说明昆虫OBPs表达不仅仅局限在触角中.现代研究也发现ꎬ昆虫OBPs在其他部位也有高表达ꎬ与上述论述相符ꎬ如南方家蝇库蚊[25]㊁冈比亚按蚊[26]㊁蜜蜂[27]㊁烟草烟粉虱[28]等昆虫的某些OBPsꎬ在昆虫的其他部位也有高表达现象.研究亦发现ꎬ赤拟谷盗大多数经典OBPs集中分布在触角㊁腿和口器等部位的化学感受器中ꎬ20个经典OBPs中的15个在触角及口器中显著表达[24].目前研究发现ꎬOBPs大量分布于感受器的淋巴液中.电镜扫描结果显示ꎬ赤拟谷盗成虫不同性别ꎬ其触角形态类似ꎬ共有5种感受器ꎬ分别为Bohm氏鬃毛㊁毛形感受器㊁刺形感受器㊁锥形感受器和栓锥形感受器ꎬ上述感受器仅在长度上不相同ꎬ而其中毛形感受器1型(ST1)㊁分叉锥形感受器(SB1)㊁锥形感受器2型(SB2)㊁锥形感受器3型(SB3)㊁锥形感受器4型(SB4)被推测具有嗅觉感受功能或化学感受功能[29].大量研究发现ꎬ不同龄㊁性别昆虫OBPs表达量亦不同.如张颖[30]通过蛋白印迹分析发现SzeaOBP1和SzeaOBP28虽在玉米象幼虫及成虫阶段都有表达ꎬ然而表达量并不相同ꎬSzeaOBP10和SzeaOBP40在低龄幼虫中表达更为丰富ꎻ松褐天牛MaltOBP9基因在雌虫中表达显著高于雄虫[31].针对赤拟谷盗各阶段及不同性别之间表达量的差异ꎬ目前尚不明确.4㊀气味结合蛋白的生理功能在参与昆虫行为时ꎬOBPs能对识别外界气味分子起重要作用.一般认为ꎬOBPs的作用是对某些气味分子特异性识别并结合ꎬ助溶并运输气味分子ꎬ以及使已完成刺激的气味分子失活等.OBPs在18㊀第1期㊀㊀㊀㊀㊀㊀桑育黎ꎬ等:赤拟谷盗气味结合蛋白研究进展㊀㊀参与昆虫生理及行动过程中主要存在3种假说机制:1)OBPs与气味分子结合ꎬ形成复合物ꎬ使脂溶性的气味分子水溶性增大ꎬ最终以复合物的形式同受体分子结合[32]ꎻ2)OBPs先与气味分子结合形成复合物ꎬ通过淋巴液后解离[33]ꎻ3)OBPs与气味分子结合形成复合物ꎬ再通过淋巴液并不及时解离ꎬ而是先与受体膜的跨膜蛋白结合ꎬ在该作用下ꎬ促进气味分子和OBPs解离[34].无论哪一种机制都认为ꎬOBPs与气味分子的特异性结合能增强气味分子的水溶性ꎬ并通过感受器中水溶性的淋巴液到达神经树突上的受体ꎬ使气味受体接受刺激ꎬ最终气味降解酶将气味分子降解ꎬ避免持续刺激达到保护作用.图1所示昆虫感受器内气味结合蛋白识别运输气味分子过程.图1㊀昆虫感器内气味结合蛋白识别运输气味分子过程㊀㊀OBPs可能使赤拟谷盗避开某种有害物质气味源ꎬ或以使其趋向某种气味源等方式指导并参与赤拟谷盗行为调节.Zhang等[35]研究报道ꎬ中药艾蒿挥发油对赤拟谷盗具有较强的触杀作用ꎬ且显著诱导赤拟谷盗OBPC11基因.研究亦发现ꎬ针对赤拟谷盗OBPC11进行RNA干扰后ꎬ赤拟谷盗在接触艾蒿挥发油后具有更高的死亡率ꎬ提示赤拟谷盗OBPC11基因与赤拟谷盗的防御机制有关.Conteras等[36]研究发现ꎬ赤拟谷盗幼虫在防御特异性苏云金芽孢杆菌Cry毒性时ꎬOBPC12等蛋白表达量显著性上调ꎬ通过使用RNA抑制敲除OBP基因后ꎬ研究验证了赤拟谷盗OBP参与到防御过程中ꎬ提示OBP参与赤拟谷盗幼虫的基础防御机制.李豫强等[37]研究小麦气味中诱集赤拟谷盗ꎬ发现2-庚酸㊁己酸㊁辛酸等与小麦细麸皮混合后ꎬ可提高小麦对赤拟谷盗的诱集效果ꎬ提示赤拟谷盗可感知3种成分ꎬ并引诱赤拟谷盗.研究发现[38]ꎬ赤拟谷盗感染缩小膜壳绦虫后ꎬ其性外激素结合蛋白显著上调ꎬ提示其可能参与赤拟谷盗防御机制ꎬ但具体机制尚不清楚.5㊀气味结合蛋白的研究方法5.1㊀获取方法在对OBPs研究时ꎬ体外研究是常采用的手段ꎬ通过对离体蛋白进行测定ꎬ可以对其结合特性进行一系列的研究ꎬ以解释其表达特性㊁分布规律㊁结合靶点等.经典的OBPs研究方法往往采用从昆虫体内直接提取的方法.然而ꎬ由于昆虫体内OBPs含量并不足以支撑实验所需ꎬ如果想要得到足以达到实验所需的蛋白量ꎬ则需要大量的昆虫样本ꎬ因此目前研究人员常采用基因克隆ꎬ原核表达的方式ꎬ即先构建所需基因序列ꎬ克隆后连接表达载体即质粒ꎬ之后转入原核细胞中诱导表达ꎬ最终在体外完成表达得到重组蛋白ꎬ再通过亲和层析柱对蛋白进行纯化ꎬ得到纯化蛋白的方法.孙小洁等[39]28㊀㊀㊀辽宁大学学报㊀㊀自然科学版2022年㊀㊀㊀㊀通过该方法得到绿盲蝽的气味结合蛋白AlucOBP33蛋白ꎻ张颖[30]亦通过SzeaOBPs的序列分析及原核表达最终得到SzeaOBP1与SzeaOBP40ꎻ李秋玲[40]通过构建班氏跳小蜂触角转录组ꎬ并以表达量为挑选标准得到一部分基因序列ꎬ通过以上方法ꎬ最终得到大量的AbamOBPsꎻ余海忠[41]通过该方法得到二化螟GOBP2.在测定昆虫OBPs表达特性时ꎬ常采用实时荧光定量PCR等手段来分析其表达规律及分布特点ꎬ研究OBPs的表达规律与分布特点亦有助于理解OBPs的生理功能.5.2㊀检测方法在探究昆虫OBPs功能的过程中ꎬ测定OBPs与气味分子的结合能力是一项重要的工作ꎬ并且ꎬ由于OBPs的功能特性ꎬ通过测定某种特定昆虫OBPs与特定的气味分子结合能力ꎬ往往可以推断出该气味分子是否对昆虫的行为产生影响ꎬ从而可以筛选出能够实现目标价值的驱避剂㊁杀虫剂ꎬ甚至扩展昆虫OBPs应用场景ꎬ实现对某种特定挥发性分子的识别与捕捉.目前ꎬ对于昆虫OBPs的研究方法主要包括分子对接技术㊁荧光竞争性结合实验㊁荧光猝灭实验和同源建模等ꎬ这些技术在研究昆虫OBPs与目标分子的结合机制研究中被广泛应用.分子对接技术往往先通过对蛋白质3D建模ꎬ而后通过DOCK㊁AutoDOCK或FlexX等分子对接软件进行刚性对接㊁半柔性对接或柔性对接匹配ꎬ如Zhang等[42]就通过AutoDOCK软件实现对柑橘木虱OBPs和CSPs的分子对接实验ꎬ完成对柑橘木虱OBPs结合的分子机制研究.然而分子对接技术只是计算机系统上模拟OBPs与气味分子的结合ꎬ结果仍需其他实验进行佐证ꎬ在单独作为例证时存在一定的争议.荧光竞争性结合实验常用来检验所得到的OBPs和CSPs与目标配体结合的情况ꎬ其基本原理:当气味分子进入OBPs疏水腔时ꎬ与腔内氨基酸残基结合ꎬ而荧光分子探针与疏水腔内氨基酸残基亦发生分子间作用力ꎬ并在特定波长下ꎬ激发出荧光ꎬ气味分子和荧光分子探针与OBPs发生竞争性结合ꎬ因此ꎬ气味分子与OBPs结合能力越强ꎬ荧光强度越弱.Li等[43]得到梨小食心虫的GmolOBP12和GmolOBP16ꎬ通过荧光竞争性结合实验发现ꎬ二者均与宿主植物挥发性物质梨酸酯亲和力强ꎬ且能特异性识别其他某些化学物质.相较于分子对接技术ꎬ荧光竞争性结合实验针对离体蛋白进行实验具有更好的说服力.然而ꎬ无论是通过原核生物(或真核生物)构建的OBPs还是纯化分离所得到OBPsꎬ其体内外生物活性是否具有一定差异ꎬ而这种差异是否会引发实验数据结果误差ꎬ仍在学界广泛讨论中.6㊀展望目前ꎬ许多研究发现ꎬ天然植物提取物对昆虫具有驱避㊁触杀等作用.Zhang等[44]报道ꎬ北艾挥发油对赤拟谷盗具有触杀作用ꎬ可用于对赤拟谷盗的防治ꎻChen等[45]报道北苍术挥发油对赤拟谷盗以及嗜卷书虱具有触杀和驱避作用ꎻAbouelatta等[46]报道天竺葵挥发油对赤拟谷盗及谷蠹具有显著的驱避㊁触杀及熏蒸活性ꎻ韩群鑫等[47]报道丁香花蕾粉末与丁香酚对黑菌虫具有驱避作用ꎬ对烟草甲具有引诱作用ꎬ其中丁香酚为主要化学作用物质ꎬ研究同样发现丁香对赤拟谷盗具有驱避作用ꎻKheloul等[48]发现薰衣草挥发油对赤拟谷盗具有驱避效应.因此在天然植物挥发油中寻找合适的物质ꎬ对赤拟谷盗等害虫进行防治得到学界的广泛关注ꎬ具有非常重要的意义.然而目前ꎬ关于赤拟谷盗OBPs的组织分布情况ꎬ不同龄㊁性别中的不同蛋白表达差异研究仍不足ꎬ有待进一步考察ꎬ而分布情况及差异不仅在对赤拟谷盗防治工作中ꎬ也在天然植物挥发性物质对赤拟谷盗的驱避㊁触杀作用机制研究中非常重要.如何选择合适的物质在特定的时间段对赤拟谷盗进行防治ꎬ影响其繁殖等行为ꎬ以达到最佳防治效果ꎬ值得学界对赤拟谷盗OBPs进一步研究ꎬ也同样对其他种害虫防治具有借38㊀第1期㊀㊀㊀㊀㊀㊀桑育黎ꎬ等:赤拟谷盗气味结合蛋白研究进展㊀㊀鉴意义.在采用天然植物挥发油对赤拟谷盗的驱避㊁触杀㊁熏蒸及胃毒等研究实验中ꎬ针对赤拟谷盗OBPs通过何种机制影响赤拟谷盗的行为的研究仍存在不足.PBPs是OBPs家族中重要一员ꎬ在昆虫繁衍过程中起关键作用ꎬ然而实验中亦发现PBPs也可能参与到昆虫的防御机制中ꎬ那么ꎬPBPs如何参与到赤拟谷盗防御机制中ꎬ亦需要进一步的研究证实.是否能利用PBPs对昆虫进行防治ꎬ抑制其繁殖从而对害虫进行防治ꎬ保护储粮安全ꎬ及关于PBPs的生理功能和意义亦值得学界进一步研究探索.当前针对OBPs的研究方法ꎬ多数集中在对昆虫离体蛋白的研究ꎬ而离体蛋白尽管在结构上可以保持与体内蛋白一致ꎬ但是二者的生理功能是否存在差异仍有疑点ꎬ受到学界的质疑.若能采用体内蛋白进行实验可能是更好更具有说服力的一种方法.将计算机系统模拟实验与体内外实验相结合ꎬ亦是一种较好的实验方式.采用计算机系统模拟实验对蛋白与配体进行筛选ꎬ对蛋白与配体结合时的作用力进行理论分析ꎬ可大幅度减少实验成本ꎬ节省时间ꎬ同时也为体内外实验提供一些理论支持.通过研究昆虫OBPs有助于深入理解昆虫化学感器ꎬ更好地理解昆虫的自然行为ꎬ从而创造更高的经济效益ꎬ筛选出环保与经济并重的化学驱避剂或天然植物驱避剂.同时ꎬOBPs作为载体蛋白ꎬ具有识别㊁运输气味分子的能力ꎬ因此对OBPs的研究不应仅局限于害虫的防治ꎬ还可应用于挥发性物质识别装置ꎬ具有广阔的发展前景.参考文献:[1]㊀SokoloffA.SexandcrossingoverinlinkagegroupiiiofTriboliumcastaneum[J].CanadianJournalofGeneticsandCytologyꎬ1977ꎬ19(2):259-263.[2]㊀张涛.我国赤拟谷盗地理分布㊁扩散路径与捕食螨生物防治技术研究[D].北京:中国农业大学ꎬ2017.[3]㊀吕建华ꎬ黄宗文ꎬ史雅ꎬ等.不同温度对赤拟谷盗生长发育和繁殖的影响[J].中国粮油学报ꎬ2020ꎬ35(1):132-136.[4]㊀WhiteGG.Effectsoftemperatureandhumidityontherust 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天牛嗅觉感受相关蛋白研究进展詹文会;张苏芳;耿红卫;王野影;郭昆;陈君【期刊名称】《河南农业科学》【年(卷),期】2018(047)003【摘要】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.【总页数】6页(P1-6)【作者】詹文会;张苏芳;耿红卫;王野影;郭昆;陈君【作者单位】贵州师范大学生命科学学院,贵州贵阳550025;中国医学科学院药用植物研究所,北京100193;中国林业科学院森林生态环境与保护研究所,北京100091;贵州师范大学生命科学学院,贵州贵阳550025;贵州师范大学生命科学学院,贵州贵阳550025;中国医学科学院药用植物研究所,北京100193;中国医学科学院药用植物研究所,北京100193【正文语种】中文【中图分类】S433.5【相关文献】1.天牛成虫信息素及嗅觉感受机制研究进展 [J], 江望锦;嵇保中;刘曙雯;宋杰2.昆虫嗅觉化学感受蛋白及其相关作用模型 [J], 翁小倩;郑茹萍;黄晨燕3.昆虫嗅觉相关蛋白的研究进展 [J], 王晓双;唐良德;吴建辉4.昆虫嗅觉相关可溶性蛋白的研究进展 [J], 张玉;杨斌;王桂荣5.蝗虫嗅觉相关蛋白及其功能研究进展 [J], 蒋国芳因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
气味结合蛋白气味是我们生活中常常接触到的感觉之一,而蛋白是生命体中不可或缺的重要分子。
本文将以气味结合蛋白为主题,探讨气味与蛋白之间的关系以及相关的研究进展。
一、气味的基本特征气味是人类通过嗅觉感知外界物质时产生的感觉。
它可以分为香味、臭味和中性味三类。
人类的嗅觉系统通过嗅觉受体细胞感知气味分子,并将其转化为神经信号传递给大脑,从而产生相关的气味感知。
二、蛋白与气味感知的关系蛋白是生命体中最重要的分子之一,它们在细胞内扮演着多种重要的功能角色。
在气味感知中,蛋白也发挥着重要的作用。
研究表明,嗅觉受体细胞中的蛋白质可以与气味分子发生特异性的结合,从而引发嗅觉信号的传递。
三、嗅觉受体蛋白的研究进展嗅觉受体蛋白是嗅觉系统中的关键组分,它们能够识别和结合特定的气味分子。
科学家们通过对嗅觉受体蛋白的研究,揭示了气味感知的分子机制。
目前已经发现了数百种嗅觉受体蛋白,每种蛋白负责识别一种或多种气味分子。
这些蛋白在结构上具有一定的相似性,但又各具特点,使得它们能够与不同的气味分子发生特异性的结合。
四、蛋白与气味识别的机制嗅觉受体蛋白通过与气味分子的结合,触发一系列的生化反应,最终导致嗅觉信号的产生和传递。
研究发现,嗅觉受体蛋白的结构与其识别的气味分子的结构密切相关。
不同的气味分子与嗅觉受体蛋白之间通过多种非共价相互作用力发生结合,包括氢键、疏水作用和范德华力等。
这些相互作用力的不同组合决定了蛋白与气味分子的特异性结合,从而实现了气味的识别和辨别。
五、蛋白与气味感知的应用蛋白与气味感知的研究不仅有助于揭示嗅觉系统的分子机制,还可以为气味感知的应用提供理论基础。
目前已经有科学家利用嗅觉受体蛋白的特异性结合性质,开发出了一种新型的气味传感器。
这种传感器可以实时监测环境中的气味成分,具有广泛的应用前景,例如环境监测、食品安全等领域。
六、蛋白与气味感知的挑战与展望虽然已经取得了一些重要的研究进展,但蛋白与气味感知之间的关系仍然存在许多未知领域和待解决的问题。