昆虫感受气味物质的分子机制研究进展

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昆虫嗅觉受体最新研究进展

昆虫嗅觉受体最新研究进展
自从最初发现昆虫的气味受体,在理 解这个受体家族的功能方面取得了很大的 进步,而且它们在嗅觉信号传递这方面的 贡献也逐渐清晰起来。最近取得的巨大进 步很可能归功于两个重大成就,这两个成 就都利用了果蝇那强大的实验环境。第一 个成就是介绍一个使气味受体异常表达的 新方法,耶鲁大学 John Carlson 的实验室已 在黑腹果蝇 D.melanogaster 中鉴定出这个 气味受体,此项成果推动了对生物体内昆 虫气味受体功能的研究[12]。这个基因缺失 突 变 体 系 统 称 为 “ 空 神 经 元 ”, 简 称 “ △ halo”, 即 人 工 敲 除 a b 3 A 嗅 觉 神 经 元 中 的 DOR 22a 和 22b 气味受体基因。基因缺失 导致 ab3A 嗅觉神经元丧失对嗅觉的敏感 性。为了辨别 DOR 22a 和 22b 两种气味受 体对野生型 ab3A 嗅觉神经元敏感性的贡 献,Dobritsa 等采用了双向 GAL4/UAS 系 统,并在内源性 DOR22a 的启动子区域内, 异源表达了 ab3A 嗅觉神经元中的个别气 味受体。结果显示,在两种均在 ab3A 嗅觉 神经元中均能表达的两种受体 DOR22a 和 DOR22b 中,只有 DOR22a 对气味分子敏 感,表明 DOR22b 在 ab3A 嗅觉神经元中没 有功能。此外,虽然动作电位的静息电位 反常地低,但对 ab3A 嗅觉神经元来说,仍 可在其△ halo 突变中检测到,表明具有功 能的气味受体对气味受体神经元(ORN)的 发育不是必需的。
3 OR83b是OR定位运输的必需因子
第二个关键性突破来自Leslie Vosshall 实验室。他们的研究进展让我们了解到果 蝇气味受体 DOR83b 在昆虫嗅觉器官中具 有关键功能。与其他那些仅有很低的同源 性的昆虫 OR 传统家族成员相比,DOR83b 同系物与很多昆虫目(包括双翅目,膜翅 目,鳞翅目,鞘翅目)的同源蛋白至少具有 60% 的氨基酸同源性,此外每种类似物都在 许多昆虫的 ORNs 中大量表达。Larsson 等 利用最新的技术使用同源重组将目的基因 敲除,他们观察到在果蝇幼虫以及成虫阶 段,DOR83b 缺失会导致对气味的不敏感。 关于这个表型的分子学解释来自对 DOR83b 缺失突变的观察。传统 DORs 一般 是和 DOR83b 共表达的,但却不能正确地 定位在 ORNs 的树突部分。相反,大部分 DOR 蛋白保留在胞质内,这个和 Larsson 等 人关于的猜想 DOR83b 促进一般的 ORs 的 运输的猜想不谋而合。和各 DOR83b 和 OR83b 家族成员的一样具有高度序列保守 性、触角转基因在地中海实蝇 Ceratitis capitata 中同源表达恢复了气味敏感性以 及传统 OR 的膜运输等结果是 OR83b 在各 种昆虫中具有保守功能特征的最好直接证 明。

昆虫对气味的感知实验

昆虫对气味的感知实验

昆虫对气味的感知实验气味是一种无形但深深影响着我们的感官的事物。

而对于昆虫来说,气味更是它们生存和繁衍的重要因素之一。

昆虫是通过感知气味,来判断食物的来源和质量,寻找配偶以及避开危险。

在科学研究中,有许多实验被设计出来,以帮助我们更好地理解昆虫对气味的感知能力。

在昆虫的感知实验中,最常用的工具之一就是气味舱。

气味舱是一个封闭的空间,内部的气味可以被精确地控制和改变。

实验者可以在气味舱内释放特定的化学物质,然后观察昆虫对于这些气味的反应。

比如,在一项关于果蝇感知气味的实验中,实验者会在气味舱内释放水果的香气,然后记录果蝇是否会被这种香气所吸引。

昆虫的感知实验还可以使用电生理技术。

这种技术通过将电极插入昆虫的感觉器官中,可以记录下昆虫对特定气味的神经信号。

在一个对蜜蜂进行感知实验的例子中,实验者会将蜜蜂放在一个封闭的玻璃管中,然后将特定的气味释放到管子中。

通过记录蜜蜂感觉器官中的电信号,实验者可以分析出蜜蜂对不同气味的感知能力和倾向。

另一个用于昆虫感知实验的技术是行为观察。

通过观察昆虫在特定气味环境中的行为表现,可以推断出昆虫对于该气味的感知程度。

在实验中,实验者会将昆虫放在一个特定气味的环境中,并记录下昆虫的飞行路径、停留时间以及其他行为表现。

通过分析这些行为数据,可以得出昆虫对于不同气味反应的差异。

昆虫对于气味的感知实验不仅仅是为了满足我们对于科学的好奇心,也有很多的实际应用价值。

比如,某些可害昆虫通过感知气味来寻找它们的寄主,对于这些昆虫的感知实验可以为我们发展出更有效的防治措施提供依据。

此外,昆虫对气味的感知研究也可以为我们理解人类的嗅觉系统提供参考,毕竟人类的嗅觉系统与昆虫的感知系统在很多方面有着相似之处。

通过昆虫对气味的感知实验,我们可以更加深入地了解昆虫的感知能力和行为机制。

这不仅仅是满足我们对于科学的好奇心,还有助于我们更好地应对昆虫带来的问题。

更重要的是,昆虫对气味的感知研究也为我们对人类自身感知系统的研究提供了一条新的思路。

嗅觉感知和分子机制的研究进展

嗅觉感知和分子机制的研究进展

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。

昆虫感受气味物质的分子机制研究进展

昆虫感受气味物质的分子机制研究进展

农业生物技术学报Journal of Agricultural Biotechnology 2004,12(6):720~726·综述·昆虫感受气味物质的分子机制研究进展*王桂荣吴孔明**郭予元(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,北京100094)摘要:昆虫的嗅觉识别过程是非常复杂的,多种蛋白参与了这一过程,这些蛋白包括气味结合蛋白、气味降解酶以及气味受体等。

综述了气味结合蛋白、气味降解酶、气味受体以及化学电信号的转化和传导等方面的最新研究进展。

关键词:嗅觉系统;气味结合蛋白;气味降解酶;气味受体;化学电信号传导Research Advance on Molecular Mechanism of Odors Perception in InsectsWANG Gui-Rong WU Kong-Ming**GUO Yu-Yuan(State Key Laboratory of Plant Disease and Insect Pests,Institute of Plant Protection,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Beijing 100094,China)The olfactory behavior of insects is very complicated and involves many kinds of proteins,namely,odorant-bindingproteins,odorant degrading enzymes and odor receptors etc..Some recent advances on them and chemo-electrical signal transduction arereviewed.olfactory system;odorant-binding protein;odorant degrading enzyme;odor receptor;chemo-electrical signaltransduction*基金项目:国家自然科学基金重点项目(No.30330410)和国家重点基础研究发展规划(973)项目(No.G2000016208)资助。

鳞翅目昆虫味觉受体基因研究进展

鳞翅目昆虫味觉受体基因研究进展

鳞翅目昆虫味觉受体基因研究进展摘要:鳞翅目昆虫幼虫通过味觉感受器中的味觉神经元来感受外界的化学物质。

味觉受体基因表达在味觉组织中,不同的味觉受体基因表达决定了昆虫幼虫的不同味觉感受。

本文综述了鳞翅目昆虫幼虫的味觉受体基因研究近况,可为鳞翅目昆虫的味觉研究提供参考。

关键词:鳞翅目幼虫味觉受体基因自从十几年前克隆了嗅觉受体后,人们对于昆虫嗅觉机理的认识前进了一大步。

昆虫的嗅觉编码起始于气味分子进入嗅觉感受器,与气味结合蛋白(odor binding protein,OBP)相结合,然后被运送到嗅觉感受细胞的受体位点,激活G偶联蛋白,经过一系列的细胞内反应,造成一个动作电位的释放。

昆虫对不同气味的信息编码,是通过整个嗅觉神经通道中各级神经元不同分布模式的活化来实现的。

通过在各级嗅觉神经元上的分子图像,昆虫可对气味分子作出识别,并由此而产生不同的行为反应。

相对于嗅觉而言,人们对昆虫味觉机理的研究和了解就相对落后了。

本文将对昆虫味觉受体基因的研究作一综述。

1 昆虫味觉受体电位的特点通常认为,与嗅觉感受细胞一样,在味觉感受细胞的树突上也存在许多受体位点。

味觉刺激物通过与受体位点的结合,也能激发一个受体电位,并最终导致一个动作电位的释放。

所不同的是,味觉感受器中并没有发现味觉结合蛋白,所以很可能味觉刺激物是直接与味觉受体结合的。

因为味觉化学物质大多是一些低分子量的物质,如氨基酸,简单糖类,矿物质盐类,各种植物次生性化合物等。

他们在水中的溶解度比较高,可以直接到达受体位点。

味觉受体电位的产生机制,在脊椎动物中的研究表明,味觉传导机制与嗅觉传导机制一样,涉及到第二信使如Camp、IP3以及K+、Ca2+等离子通道。

Donald等(2002)认为,味觉反应的产生不仅是从味觉受体细胞中接收到的信息的传递,而且是一个整体性的联通网络信息整合的结果,它的产生有一个聚合和分散的过程[1]。

2 昆虫味觉受体基因的发现近年来,许多科学家利用果蝇Drosophila作为研究模板,对昆虫的味觉进行了研究,使人们对味觉机理有了更深入的认识。

昆虫嗅觉受体功能的研究进展

昆虫嗅觉受体功能的研究进展

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。

昆虫嗅觉的分子生物学机制研究

昆虫嗅觉的分子生物学机制研究

昆虫嗅觉的分子生物学机制研究昆虫作为自然界中数量最多的一种生物,其嗅觉系统一直是研究的热点之一。

昆虫嗅觉的分子生物学机制研究也是最重要的一项内容。

在昆虫嗅觉的过程中,嗅觉受体蛋白质起着关键的作用。

在不同的环境中,昆虫通过不同的嗅觉受体去辨别和感知外界信息,从而适应和生存于不同的环境之中。

这些嗅觉受体的分子生物学机制研究一直在科学界中备受关注。

嗅觉受体是昆虫嗅觉系统中最关键的机制之一。

嗅觉受体主要存在于昆虫感受器官的感觉毛上,由两个不同的独立基因簇编码。

一个基因簇编码香气类受体和化学类受体,另一基因簇则编码缓慢降解型受体和胆碱类受体。

这些受体通过感知和辨别外部环境中化学物质的气味(香味),激活昆虫的嗅觉神经元,从而表现出来对不同气味物质的反应。

嗅觉受体的分子生物学机制研究一直是科学家们关注的焦点之一。

科学家们通过研究嗅觉受体分子与化学物质之间的作用,发现有些化学物质能够与多种嗅觉受体结合并激活它们,而另一些化学物质则仅能与一种特定的嗅觉受体结合。

对于这些化学物质和嗅觉受体之间的作用机制,科学家们通过采用现代的生物学技术,例如蛋白质工程、原位杂交、免疫组化等技术,逐渐解决了其中的关键问题。

在对于嗅觉受体分子生物学机制的研究中,基因转录和翻译调控起到了关键的作用。

在昆虫嗅觉受体的基因表达中,包括广泛的转录因子和共激活因子。

这些因子通过复杂的信号通路发挥调节基因表达的重要作用。

此外,也有一些抑制因子及其信号通路控制表达嗅觉受体基因。

这些基因转录和翻译的调控机制对于昆虫嗅觉的生物学机制有着关键的作用。

细胞表面受体也是嗅觉受体的关键分子之一。

细胞表面受体通过调节细胞膜的蛋白质相互作用和局部离子浓度,从而指导嗅觉受体向外部环境发出响应。

对于细胞表面受体及其作用机制的研究,对于昆虫嗅觉的生物学机制也起着重要的作用。

在昆虫嗅觉的研究中,分子生物学的方法也逐渐发挥作用。

例如,通过采用单分子记录技术,科学家们可以研究嗅觉受体蛋白质的结构与功能,和受体与化学物质之间的作用机制。

昆虫感受气味物质的分子机制

昆虫感受气味物质的分子机制

昆虫感受气味物质的分子机制胡基华;李晶;张淑梅;陈静宇;孟利强;姜威;曹旭;刘宇帅;张鹏远【摘要】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.【期刊名称】《安徽农业科学》【年(卷),期】2014(000)035【总页数】3页(P12544-12546)【关键词】嗅感器;气味结合蛋白;气味降解酶;气味受体【作者】胡基华;李晶;张淑梅;陈静宇;孟利强;姜威;曹旭;刘宇帅;张鹏远【作者单位】黑龙江省科学院微生物研究所,黑龙江哈尔滨150020;黑龙江省科学院高技术研究所,黑龙江哈尔滨150010;黑龙江省科学院高技术研究所,黑龙江哈尔滨150010;黑龙江省科学院微生物研究所,黑龙江哈尔滨150020;黑龙江省科学院高技术研究所,黑龙江哈尔滨150010;黑龙江省科学院高技术研究所,黑龙江哈尔滨150010;黑龙江省科学院高技术研究所,黑龙江哈尔滨150010;黑龙江省科学院高技术研究所,黑龙江哈尔滨150010;东北农业大学资环学院应用生物技术,黑龙江哈尔滨150030【正文语种】中文【中图分类】S185在长期的进化过程中,昆虫嗅觉系统已经成为一个高度专一、极其灵敏的化学监测器。

昆虫依赖触角上的嗅觉感受器鉴定和识别环境中的化学气味分子,这些嗅感器可以敏感和特异地分辨出环境中对昆虫自身具有重要意义的气味,接收后传入中枢神经系统。

中枢神经系统对所有感受器接收到的信号进行整合,并将这些化学信号转化为电信号,从而启动了昆虫的专一行为反应,如寻找食物、产生交配反应、搜寻产卵及生殖场所等。

昆虫气味结合蛋白研究进展

昆虫气味结合蛋白研究进展

专题综述1)国家自然科学基金倾斜项目(39770498)和国家攀登计划项目(85231)资助。

2)作者为山东农业大学在职博士生。

收稿日期:1999209228昆虫气味结合蛋白研究进展1)刘 勇2)(浙江大学植保系 杭州 310029)倪汉祥(中国农业科学院植物保护研究所 北京 100094)胡 萃(浙江大学植保系 杭州 310029) 20世纪80年代后,人们开始探求昆虫对气味物质的感受机制。

随着昆虫行为学、生物化学、分子生物学以及昆虫电生理技术的飞速发展,自90年代开始,深入研究昆虫的嗅觉反应机理已有可能。

研究表明,昆虫触角中的气味结合蛋白(odo ran t 2b inding p ro tein 简称,OB P )在昆虫嗅觉反应过程中起重要作用[1]。

本文试从气味分子的化学结构及特征、OB P 的化学特性、生理功能及研究展望等方面作一综述,以期推动该领域的研究与发展。

1 气味分子的化学结构及特征明确气味分子的化学结构及特征,有助于确定气味结合蛋白的结构。

目前研究以鳞翅目昆虫居多,重点在其外激素。

鳞翅目昆虫性外激素结构同源性高,易于与其它气味区别。

它们大多由12~20个碳原子的非饱和碳链组成,线性排列,疏水性强;在1号位上具有醇、醛或酯的官能团;舞毒蛾L ym an tria d isp a r 的性外激素具有氧环结构,有对应体存在。

由于其大多为线状分子,结构上具有一定的灵活性,在水溶性的介质内,为了缩小同水分子的相互作用,碳氢链可能弯曲形成胶态分子团(m icelles )[1]。

植源气味分子的结构变化较大,包括醇、醛、酯、萜类、芳香族化合物及呋喃等。

昆虫的嗅觉反应器官对性外激素的反应具有较高的敏感性和特异性,对植物的一般气味组分(general odo rs )的敏感性和特异性较低。

2 昆虫气味结合蛋白昆虫OB P 是一类低分子量的酸性可溶性蛋白,主要具有以下特征[2~6]:(1)多肽链中有6个保守的半胱氨酸;(2)分子量较小,约为16KD a ;(3)蛋白质为酸性,等电点多在4.4~5.2之间;(4)多存在于昆虫触角嗅觉感受器的淋巴液中。

昆虫嗅觉机制的研究进展

昆虫嗅觉机制的研究进展

昆虫嗅觉机制的研究进展张瑜;张胜男;张媛媛;刘志韬;孙朝辉;温秀军【摘要】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。

%Unlike humans ,the insect olfactory mechanism has many important effects on insect behavior ,including habitat choosing ,food‐hunting ,gathering ,tropism ,reproduction ,signal communication ,etc .The research of the insect olfactory mechanism can interpret some common mechanism of smell happened and the connection between the smell activity with the whole life activities .Thus ,it provides a scientific basis for the research of olfaction higher animals ,particularly humans . Inaddition ,using this kind of life activity characteristics of insect to control pest is also a kind of important means in Integrated pest management .In recent years ,with the rapid development of the insectbehavior ,biochemistry ,molecular biology and insectelectrophysiology ,many bioactive molecules and genes associated witholfaction were found ,and they interpret the possible reaction mechanism of sense of smell at the molecular level . In this paper , the authorsum marized the progress on odorant recognition , odorant‐receptor interaction at the molecular level and the mechanism of electrochemical signal transduction . What's more , the article introduces the process that the scent signals transform into electrical signal via the olfactory sensors ,then encoded and integrated by insect antennal lobe ,eventually passed to the forebrain ,and the molecular components and physiological or biochemical reaction in the insect body throughout this process .【期刊名称】《福建农业学报》【年(卷),期】2016(031)005【总页数】7页(P538-544)【关键词】嗅觉感受机理;气味结合蛋白;嗅觉受体;信号传递;神经元【作者】张瑜;张胜男;张媛媛;刘志韬;孙朝辉;温秀军【作者单位】华南农业大学林学与风景园林学院,广东广州 510642;华南农业大学林学与风景园林学院,广东广州 510642;华南农业大学林学与风景园林学院,广东广州 510642;华南农业大学林学与风景园林学院,广东广州 510642;华南农业大学林学与风景园林学院,广东广州 510642;华南农业大学林学与风景园林学院,广东广州 510642【正文语种】中文【中图分类】S433昆虫触角表皮上有特化的感受器,其上有嗅觉神经元。

昆虫芳香物质与嗅觉感受器的研究

昆虫芳香物质与嗅觉感受器的研究

昆虫芳香物质与嗅觉感受器的研究昆虫作为地球上数量最多的生物之一,其嗅觉系统在其生存过程中起着至关重要的作用。

昆虫借助其高度敏锐的嗅觉感受器,能够感知到周围环境中微弱而复杂的气味信息,并通过这些信息进行食物搜索、种群沟通和性吸引等行为。

而昆虫感知和识别气味信息的关键在于芳香物质与嗅觉感受器之间的相互作用。

一、昆虫芳香物质的分类与特性昆虫芳香物质主要包括挥发性有机化合物(VOCs)和挥发性昆虫信息素。

VOCs是一类能够气化并释放气味的化学物质,其来源包括植物花粉、树叶挥发物、水果等。

而挥发性昆虫信息素则是昆虫个体之间用于社会信息传递和性吸引的特殊化学物质。

这些芳香物质在昆虫世界中扮演着重要的角色,对昆虫的生存和繁衍具有重要影响。

二、嗅觉感受器的结构与功能昆虫的嗅觉感受器主要位于其触角和鳞片上,由感觉毛、感觉细胞和感觉神经形成。

感觉毛类似于人类的鼻子,具有呈花瓶状的结构,其内部覆盖着数以千计的感觉细胞。

感觉细胞通过感觉神经与昆虫的中枢神经系统相连,将感知到的气味信息传递给昆虫大脑进行处理。

嗅觉感受器的功能是感知和辨别不同的气味分子。

当昆虫接触到芳香物质时,这些分子会在感觉毛上发生化学反应,激活感觉细胞内的化学通道,从而产生电信号。

这些电信号随后被传递到昆虫大脑,通过神经网络的处理和解码,昆虫能够识别出不同的气味信号。

三、昆虫芳香物质触发的生物行为昆虫对芳香物质的感知和识别对其生活和繁衍具有重要意义。

例如,某些昆虫依靠芳香物质的存在来确定适宜的食物资源,以维持其生存和生长。

这些昆虫会通过感知芳香物质的浓度和结构,来判断食物的质量和种类。

此外,昆虫的种群沟通和性吸引也与芳香物质密不可分。

许多昆虫会释放特定的挥发性化合物来吸引异性个体进行交配。

这些挥发性化合物称为性信息素,并且每种昆虫所释放的性信息素具有种特异性。

通过感知这些性信息素,昆虫能够找到并进行繁殖。

四、现代研究进展与未来展望对昆虫芳香物质和嗅觉感受器的研究日益深入,越来越多的科研成果和技术应用涌现出来。

蚊虫昆虫嗅觉诱导物质的研究及其应用

蚊虫昆虫嗅觉诱导物质的研究及其应用

蚊虫昆虫嗅觉诱导物质的研究及其应用昆虫的嗅觉系统是非常敏锐的,它们通过感知外界环境中挥发出的气味分子而确定自己的生存状态,警告同伴和寻找食物等。

因此,能够刺激昆虫特异性嗅觉受器的化合物被称为昆虫嗅觉诱导物质(insect odorants),广泛用于农业、卫生和防御昆虫等领域。

一、嗅觉受器的研究嗅觉受器分布在昆虫的复眼和触角中,它们是一种重要的蛋白质,能够识别并响应特定的气味分子。

这些蛋白质的结构被预测为7个跨膜结构域,其结构和功能类似于人类的味觉受器和嗅觉受器。

随着分子生物学、遗传学和生物化学技术的发展,人们可以更准确地研究昆虫嗅觉受器和诱导物质之间的相互作用。

通过克隆和表达嗅觉受器基因,科学家可以研究其结构、功能和特异性,为确定化合物的生物活性提供更可靠的依据。

同时,通过比较昆虫和哺乳动物的嗅觉受器,研究人员还可以调查它们之间的异同,更好地了解嗅觉传递的基本机制。

二、探索嗅觉诱导物质的应用嗅觉诱导物质在农业、卫生和防虫领域中有着广泛的应用。

1.农业领域农业害虫对作物和农产品的损失可以是巨大的,为了减少这些损失,生产者越来越倾向于使用昆虫嗅觉诱导物质来吸引和杀死害虫。

这些化合物易于使用,可以通过悬挂在作物上或散布在田地中的方法来释放。

一些常用的昆虫嗅觉诱导物质包括环戊酮、顺-二甲基-4,6-异硫氰酸酯(DMDS)和异丙酚。

2.卫生领域卫生领域中的昆虫嗅觉诱导物质主要用于控制蚊子和苍蝇等传播疾病的昆虫。

例如,血鸽子素(GBA)和醋酸乙烯酯被用作蚊子的诱虫剂。

这些昆虫嗅觉诱导物质可以帮助防止疾病传播,并减少对人类和动物的影响。

3.防虫领域防虫领域中的昆虫嗅觉诱导物质可以用于控制更广泛的虫害,如黄莺、谷蠹和玉米象等。

这些化合物作为触角诱剂或地面陷阱中的组分,可以将害虫引导到捕杀陷阱中,从而降低它们的数量。

三、昆虫嗅觉诱导物质的前景在已知的嗅觉受器和诱导物质之间的基础上,昆虫嗅觉诱导物质可能会迎来新的发展和应用。

昆虫嗅觉气味结合蛋白OBP的研究进展

昆虫嗅觉气味结合蛋白OBP的研究进展

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。

昆虫对化学物质的感受机制研究

昆虫对化学物质的感受机制研究

昆虫对化学物质的感受机制研究昆虫作为一种重要的生态环节,在自然界中扮演着不可或缺的角色。

它们不仅能够为人类提供重要的食物来源,还能够在农业生产、医学研究、生态保护等方面发挥着重要的作用。

而在昆虫的世界里,化学物质的感受机制是一个十分重要的话题,本文将对昆虫对化学物质的感受机制进行探讨。

一、昆虫的感觉器官昆虫的感觉器官主要分为触角、嗅觉器官、视觉器官、听觉器官和口器官等五种。

其中,触角是昆虫感知外部环境的主要手段,同时也是昆虫导航和社交交流的重要器官。

触角表面覆盖着感觉毛,这些感觉毛的末端含有感受器,能够感知环境中的化学物质、声音、温度等刺激。

嗅觉器官是昆虫感知化学物质的主要器官,主要分布在触角的末端以及昆虫头部的一些特殊结构上。

嗅觉器官的基本构造是感受器细胞和支持细胞,感受器细胞连接着嗅觉神经元,通过神经系统向昆虫的中枢神经系统传递信号。

二、昆虫感知化学物质的方式昆虫感知化学物质的方式主要有两种:一种是直接接触;另一种是通过空气中的挥发物感知。

其中,第二种方式是昆虫感知化学物质的主要方式。

当昆虫感知到空气中的挥发物后,它们会通过触角或嗅觉器官上的感受器细胞感知到化学物质的存在。

感受器细胞内含有一种化学物质感受受体,能够识别化学物质分子中的特定结构,从而产生电化学信号。

信号被转化为神经元之间的化学信号,在神经网络中传递,最终被昆虫的大脑解码和解释。

三、化学物质感知受体的种类昆虫感知化学物质的过程中,感受器细胞内包含的感受受体是起着决定性作用的。

根据感受受体的种类不同,昆虫能够感知到的化学物质种类也不同。

在昆虫的嗅觉器官中,感受受体主要分为两类:一类是气味受体,另一类是嗅觉结合蛋白。

气味受体主要负责感知挥发性化合物,嗅觉结合蛋白则主要负责感知水溶性和挥发性化合物。

除了嗅觉器官外,昆虫的触角、腿部、口器等部位也含有不同种类的化学物质感知受体。

例如,触角上的感受器细胞能够感知突触前活动物质(neuromodulator)、甾族激素(steroid hormone)和胆碱(acetylcholine)等化学物质。

昆虫的气味感知与化学生态学

昆虫的气味感知与化学生态学

昆虫的气味感知与化学生态学昆虫作为地球上最成功的生物之一,在众多的生态环境中繁衍生息,并与植物、动物及其他生物相互作用。

其中,昆虫的气味感知和化学生态学起着重要的作用。

本文将探讨昆虫的气味感知机制以及它们在化学生态学中的作用。

一、昆虫的气味感知机制1.化学感受器的结构和功能昆虫的气味感知主要依赖于化学感受器,它们位于昆虫触角或鼻子上,由感受器毛发和感受器细胞构成。

感受器细胞能够与空气中的化学物质结合,并将信息传递给昆虫的神经系统。

2.气味物质的识别和信号传导昆虫通过感受器细胞上的受体蛋白质,识别空气中的化学物质。

每一种化学单元在感受器细胞上对应着一个特定的受体。

当感受器细胞与化学物质结合时,会产生一系列的电化学反应,触发神经信号传导,从而使昆虫感知到特定的气味。

3.气味的特异性昆虫对气味的感知非常特异,即使是微量的化学物质也能被昆虫察觉到。

这种特性有助于昆虫感知食物、性信息、危险以及配偶等。

二、昆虫的化学生态学1.食物选择昆虫通过气味感知来选择适宜的食物。

一些昆虫能够察觉到植物的挥发性化合物,从而判断植物是否适合作为食物来源。

同时,昆虫也能通过感知到食物残留的化学物质来寻找新的食物来源。

2.性信息传递昆虫通过气味感知来传递性信息。

例如,昆虫通过感知雌性昆虫释放的性信息素来判断繁殖的机会。

雄性昆虫会释放特定的信息素来吸引雌性,从而实现繁殖。

3.防御机制昆虫利用气味感知来察觉潜在的危险。

当昆虫感知到捕食者、寄生虫或病原体等风险时,会采取逃避或防御行为来保护自己。

4.社会行为调节一些昆虫的社会行为也受到气味感知的影响。

例如,蚂蚁通过感知同种蚂蚁释放的信息素,来调节蚁群中的工作分工和社会秩序,实现集体行动。

5.物种间相互作用昆虫的气味感知也在物种间相互作用中起到重要的作用。

例如,昆虫可以通过感知植物的挥发性物质,来判断植物的健康状况,从而选择合适的寄主植物。

同时,一些植物也能通过释放化合物来吸引特定的昆虫传播花粉,实现花粉传递和繁殖。

昆虫的嗅觉感知

昆虫的嗅觉感知

昆虫的嗅觉感知昆虫是地球上最为丰富和多样化的生物类群之一,它们既是生态系统中的重要成员,也对人类社会产生着深远的影响。

昆虫的嗅觉感知是它们存活和繁衍的关键能力之一。

本文将探讨昆虫的嗅觉感知机制以及与之相关的研究进展。

一、嗅觉感知的重要性昆虫的嗅觉感知在许多方面都具有重要意义。

首先,嗅觉能力使昆虫能够找到适合的食物源和繁殖场所。

许多昆虫都通过感知植物挥发出的化学物质来确定是否适合自己的生存需求。

其次,昆虫的嗅觉感知还帮助它们避开危险,如探测到天敌的存在或预测天气变化。

最后,许多昆虫还通过嗅觉感知寻找合适的伴侣以进行繁殖。

二、昆虫嗅觉感知的机制昆虫的嗅觉感知主要通过感觉器官——触角完成。

触角上布满了许多感受嗅觉的感受器,其中最为重要的是感受化学物质的感受器,称为嗅感受器。

嗅感受器主要由感受嗅觉的感受细胞和与之相关的辅助细胞组成。

当嗅觉物质进入昆虫的嗅觉系统时,它们会与感受细胞上的嗅觉受体结合,从而引发一系列化学信号的传递。

这些信号最终被传递到昆虫的大脑,经过处理和解读后,昆虫就能够感知并作出相应的行为。

三、化学物质的识别昆虫能够感知的化学物质种类繁多,涵盖了植物挥发物、食物化学物质、性信息素等。

这些化学物质具有高度的特异性,可以作为昆虫的化学信号进行识别和传递。

昆虫感知化学物质的能力主要依赖于嗅感受器的特殊结构和嗅觉受体的丰富多样性。

嗅感受器上的嗅觉受体能够与化学物质发生特异性的结合,从而实现对不同化学物质的识别。

四、昆虫的嗅觉导航嗅觉导航是昆虫利用嗅觉感知进行定位和导航的过程。

通过对环境中特定化学物质的感知,昆虫可以确定自己当前所处的位置以及所要达到的目的地。

许多昆虫都利用地标物质,如气味、风向和食物气味等,进行导航和定向。

嗅觉导航不仅在昆虫的个体生活中起到重要作用,还在昆虫的群体行为中发挥着关键性的作用,如蚁群的寻食行为和蜜蜂的花粉收集行为等。

五、嗅觉感知的研究进展对于昆虫嗅觉感知机制的研究是科学家们长期以来的关注重点。

昆虫嗅觉受体最新研究进展

昆虫嗅觉受体最新研究进展
关 键 词 : 虫 气味 受 体 G蛋 白儡联 受 体 OR 3 昆 8b 中图分类号 : Q9 6 文献标 识 码 :A
文章编号 : 6 2 7 1 2 0 ) 1a 一0 2 0 1 7 -3 9 ( 0 8 1 () 01 - 3
从 无 脊 椎 动 物 到 我 们 人 类 , 多 气 味 很 信 号 都 是 由挥 发性 配体 结 合 到 属 于 G 蛋 白 偶 联 受 体 ( P R) 族 的 气味 受 体 上 _。它 G C 家 1 1 们 偶 联 异 三 聚 体 G蛋 白 , 中 大 部 分 诱 导 其 蝇类产生 c AMP, 后 , 个 第 二 信 使 激 活 然 这 循 环 一核 苷 酸 门控 离 子 通 道 , 去 极 化 以 嗅 觉受 体 神 经 元 , 样就 提 供 了一 个 信 号 , 这 以便 更 多 的下 游 神 经 元 进 行 信 号 传导 。 但 最新 的研 究 结 果 正 冲 击 着 这 一 传 统 不 变 的 观 点 。 功 能性 的 昆虫 气 味 受 体 是 由一 个 异 多 聚 体构 成 , 然 不 知 道其 化 学 计 量 , 至 虽 但 少 它 包 含 一 个 多 变 的 气 味 结 合 受 体 OR和 个 保守 的 Or 3 8 b家 族 亚 单 位口 。 】
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昆虫嗅觉受体研究进展

昆虫嗅觉受体研究进展

民营科技2018年第9期科技创新1昆虫嗅觉识别过程昆虫对气味物质的识别是个相当复杂的过程,昆虫体壁上布满了含有众多化学感受器的鬃毛,其中,呈毛状的嗅觉感受器在昆虫的下颚须和触角中均有分布,而味觉感受器则集中分布在口器和足上。

每个嗅觉感受器均含有1到4个嗅觉感受神经元(olfactory receptor neurons,ORNs),每个细胞都可以特异性地在树突细胞膜上表达相应的嗅觉受体蛋白[1],这些神经细胞的细胞体位于触角的角质皮之下,树突则延伸到嗅觉感受器并浸入富含钾离子和蛋白质的由表皮细胞分泌的淋巴液内。

而表达相同嗅觉受体的神经元则聚集到触角叶中相同的神经纤维球或功能单位中,最终这些神经元将以嗅觉信号的形式传导到位于昆虫脑部触角叶的位置[2],从而昆虫便可感知气味分子。

通过对昆虫嗅觉识别过程的研究,发现嗅觉受体在昆虫嗅觉识别机制中发挥关键性作用。

2昆虫嗅觉受体ORs的研究概述上世纪90年代前,对昆虫嗅觉主要集中在嗅觉细胞的定位、嗅觉感器结构、嗅觉感器对底物的电生理反应等器官水平的研究。

针对于这些研究有关学者提出了在昆虫中存在嗅觉受体分子的假设,90年代初期,在脊椎动物褐家鼠(Rattus-norvegicus)的嗅觉上皮细胞中首次发现了嗅觉基因家族;接着在线虫(Caenorhabditis elegans)、黑腹果蝇(Drosophila melanogaster)等中也发现了类似可传递胺、肽和激素等物质的G蛋白偶联受体的神经肽受体。

至此之后,对昆虫嗅觉受体的研究便成了认识昆虫化学信号分子识别机制的重要环节。

通过开展对果蝇基因组的测序方面的研究,于20世纪末,克隆得到了果蝇的19种嗅觉基因。

这一有关昆虫基因组测序的突破性进展,开启了人类对昆虫ORs探索的新篇章。

随着昆虫基因组序列库数量的不断增多,越来越多种类昆虫的嗅觉受体被发现与鉴定。

随后,对昆虫嗅觉受体的相关研究,如对其分子结构、表达部位及对其功能验证等方面的研究也在近十年内迅速开展起来。

昆虫气味结合蛋白研究进展1

昆虫气味结合蛋白研究进展1

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昆虫产生的芳香风味化合物的研究

昆虫产生的芳香风味化合物的研究

昆虫产生的芳香风味化合物的研究昆虫,这些在我们生活中或许显得微不足道却又无处不在的小生物,其实可以拥有令人惊叹的力量。

它们有着复杂而神奇的生存机制,而这些机制中,与众不同的就是它们产生的芳香风味化合物。

这些芳香风味化合物可以用于食品、饮料、香水、美容等领域,它们的来源也是人们很感兴趣的研究方向。

芳香风味化合物是一类物质,它们可以带来香气和风味,常常令人忍不住咀嚼或闻一闻。

芳香风味化合物是一种广泛存在于自然界中的物质,其来源主要有三种:化学合成、植物原料和昆虫分泌物质。

其中,昆虫分泌物质是最为特殊和独特的,因为它们不仅能够带来香气和风味,而且往往还能产生昆虫诱导作用。

昆虫产生的芳香风味化合物来源于它们身体的不同部位,如口器、触角、翅膀、腹部等。

很多人都知道,啮齿动物会用食物杂嚼成小碎片,以便更好地消化。

昆虫同样会将食物在口中咬碎,但不同的是,啮齿动物只需要将食物在口中磨碎,而昆虫这一行为则会产生大量的分泌物,包括芳香风味化合物。

这些分泌物在昆虫的生存过程中扮演着重要的角色。

比如,一些昆虫会利用这些化学信号来进行种内通讯、求偶、发现食物或占领领地等。

昆虫产生的芳香风味化合物的种类非常多,迥异于植物所产生的香味物质,因此具备很强的研究价值。

目前已有很多学者对某些昆虫产生的芳香风味化合物进行了分离、提纯和分析,这些研究对于人们更好地了解昆虫发出的信息和各种生物化学过程有着重要的意义。

更为重要的是,昆虫产生的芳香风味化合物可以作为天然香料和食品添加剂等应用在不同领域,它们的应用前景也十分广阔。

研究昆虫产生的芳香风味化合物,需要科学家们进行系统的考察和实验。

他们需要先了解不同种类昆虫的生物学特征、生存环境以及行为习性,再对其产生的芳香风味化合物进行分离、提纯和分析。

这些过程需要配备一定的实验设备,并且需要耐心和专注,否则很难达到理想的结果。

尽管昆虫产生的芳香风味化合物研究的难度很大,但它们的潜在应用前景也越来越广泛。

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农业生物技术学报Journal of Agricultural Biotechnology 2004,12(6):720~726·综述·昆虫感受气味物质的分子机制研究进展*王桂荣吴孔明**郭予元(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,北京100094)摘要:昆虫的嗅觉识别过程是非常复杂的,多种蛋白参与了这一过程,这些蛋白包括气味结合蛋白、气味降解酶以及气味受体等。

综述了气味结合蛋白、气味降解酶、气味受体以及化学电信号的转化和传导等方面的最新研究进展。

关键词:嗅觉系统;气味结合蛋白;气味降解酶;气味受体;化学电信号传导Research Advance on Molecular Mechanism of Odors Perception in InsectsWANG Gui-Rong WU Kong-Ming**GUO Yu-Yuan(State Key Laboratory of Plant Disease and Insect Pests,Institute of Plant Protection,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Beijing 100094,China)The olfactory behavior of insects is very complicated and involves many kinds of proteins,namely,odorant-bindingproteins,odorant degrading enzymes and odor receptors etc..Some recent advances on them and chemo-electrical signal transduction arereviewed.olfactory system;odorant-binding protein;odorant degrading enzyme;odor receptor;chemo-electrical signaltransduction*基金项目:国家自然科学基金重点项目(No.30330410)和国家重点基础研究发展规划(973)项目(No.G2000016208)资助。

王桂荣:男,1972年出生,博士。

E-mail:<wgrsun@>.**通讯作者。

Author for correspondence.E-mail:<wkm@>.收稿日期:2003-11-05接受日期:2004-02-22在长期的进化过程中,昆虫嗅觉系统已经成为一个高度专一、极其灵敏的化学监测器。

昆虫通过这种复杂的嗅觉系统鉴定和识别环境中的特异性化学气味分子,并将这些化学信号转化为电信号,从而启动了昆虫的专一行为反应,如寻找食物和配偶、搜寻产卵及生殖场所、避免不利环境的伤害等[1~3]。

探索昆虫对外界气味分子的识别机制,不仅有利于阐明昆虫行为反应的本质原因,而且为研究无脊椎和脊椎动物的嗅觉行为提供了理想的模型。

昆虫对外界气味分子的识别是一个非常复杂的过程,研究表明,位于昆虫触角感器中的多种蛋白参与了这一过程,这些蛋白包括可溶性气味结合蛋白[4]、气味降解酶[5,6]以及与神经膜紧密相连的气味受体等[7,8]。

本文综述了气味结合蛋白、气味降解酶、气味受体以及化学电信号的转化和传导等方面的最新研究进展。

1气味结合蛋白在参与气味分子识别的蛋白或酶类中,气味结合蛋白最为丰富,它位于触角感器的淋巴液中,直接与外界环境中成千上万的气味分子接触。

气味结合蛋白识别和结合外界气味分子是昆虫感受外界气味分子的第一步生化反应[9]。

昆虫气味结合蛋白是一类分子量小、高度水溶性的酸性蛋白,在许多昆虫中已经鉴定存。

昆虫气味结合蛋白主要分为两类:性外激素结合蛋白(PBP)和普通气味结合蛋白(GOBP)。

PBP 存在于专一性识别性外激素的感受器中,而GOBP 存在于对普通气味分子发生反应的感受器中。

在有些种类的昆虫中,已经发现了多种不同的GOBP 和一种或几种PBP 。

序列分析表明,所有的气味结合蛋白中都具有6个保守的半胱氨酸,通过3个二硫桥相连在一起[10~12]。

我们对昆虫(主要是鳞翅目)气味结合蛋白的生化特性、分子结构、分布及功能等进行过综述[13]。

近几年,这方面的研究从鳞翅目和模式昆虫果蝇的研究扩展到了许多其它目的昆虫第6期王桂荣等:昆虫感受气味物质的分子机制研究进展(如双翅目、膜翅目和竹节虫目等),从触角感器中分离得到了一些新的气味结合蛋白或类似蛋白(又称化学感应蛋白,chemoreception proteins)。

Bohbot等[14]从成虫触角中鉴定了两个新的气味结合蛋白,它们的N端氨基酸序列与以前报道的蛾子的性外激素结合蛋白和普通气味结合蛋白没有同源性,但是,其中一个蛋白Mbra-AOBP2的N末端序列与在其它昆虫触角感受器中发现的一些蛋白具有很高的同源性(60%~ 73%),与果蝇的射精管球专一性蛋白EBSP-Ⅲ同源性达80%,这两类蛋白在体外都能结合11-十八碳烯酸乙酯(vaccenyl acetate)。

目前,已经在双翅目、膜翅目、鳞翅目和竹节虫目等昆虫中找到了这类新的化学感应蛋白。

这类蛋白虽然与以前报道的气味结合蛋白没有同源性,并且氨基酸序列中只有4个保守的半胱氨酸(以前报道的气味结合蛋白氨基酸序列中有6个保守的半胱氨酸),但是这类蛋白也位于昆虫感受器中,可能参与气味分子结合。

目前,在多种昆虫的触角感受器中发现了这类蛋白家族[15~17]。

Picimbon和Leal[18]从3种蜚蠊中分离得到了多种触角专一性的蛋白,根据N端氨基酸序列的一致性,蜚蠊触角蛋白可以分为3类:(1)与果蝇触角蛋白(OS-D)氨基酸序列具有同源性;(2)与的嗅觉蛋白具有相似性;(3)蜚蠊触角特异性蛋白,与其它已知的蛋白都没有相似性。

大部分的蛋白在雌、雄蛾触角中都存在,也有一些具有性别专一性,这些蛋白的确切的生理功能还有待进一步研究。

除了研究范围有所扩展以外,近几年对鳞翅目昆虫触角气味结合蛋白的研究也更加深入。

一方面是继续探索气味结合蛋白的分离纯化,研究它们的生理功能[19],另一方面,主要加强了气味结合蛋白基因的表达研究,从中获得足够的晶体蛋白用于研究蛋白的空间构象与功能的一致性,或者是制备抗体,利用原位杂交和免疫组织定位的方法研究气味结合蛋白的分布与功能的关系[20~22]。

通过简并引物PCR 结合RACE技术克隆了我国主要棉花害虫———棉铃虫触角中的3类气味结合蛋白全长基因(、和),并且在大肠杆菌中成功表达了其中两类气味结合蛋白(rPBP-Harm和rGOBP2-Harm),通过亲和层析分离纯化获得了大量纯化的棉铃虫触角气味结合蛋白,并且免疫兔子制备了高度专一性的抗体,然后对PBP-Harm和GOBP2-Harm在棉铃虫触角感器中的分布进行了免疫定位。

结果表明:PBP和GOBP2存在于触角毛形感器或锥形感器的淋巴液和感受器着生腔中,不存在于树突或感受器表皮壁中。

在雄蛾触角中,PBP主要存在于毛形感器中,不存在于锥形感器中;而GOBP2主要存在于锥形感器和一些中等大小的毛形感器中。

然而,在雌蛾触角中,PBP存在于少部分的锥形感器和中等大小的毛形感器中,长形毛形感器中不存在PBP;而GOBP2不但存在于大部分的锥形感器和部分中等大小的毛形感器中,而且还存在于部分的长形毛形感器中。

由此可见,棉铃虫触角中气味结合蛋白的分布与其功能是一致的[13,22,24]。

Damberger等[25]在大肠杆菌中成功表达了家蚕性外激素结合蛋白基因(),并且纯化获得了重组的BmPBP蛋白,通过核磁共振(NMR)光谱证明了蛾性外激素结合蛋白(BmPBP)的存在形式及构象与pH值有关,当pH值大于6.0时,Bm-PBP以碱性形式存在(BmPBP B),而当pH值小于4.9时,以酸性形式存在(BmPBP A),pH值在4.9与6.0之间时,以A和B两种混合形式存在,这两种形式可以相互转换。

在其它的OBP中也观察到了气味结合蛋白具有多种构象,表明依赖于pH值的构象多态性可能是这类蛋白的共同特征。

在pH值低于5.0时,OBPs不与配体发生结合,表明pH的改变影响折叠构象,这种影响在嗅觉过程中可能起着重要的生理作用[26~28]。

将PBP同细胞膜混合,在UV附近的圆二色性()测定表明BmPBP的构象发生改变,因此,当BmPBP接近树突膜,其构象转变为BmPBPA形式,使配体释放出来刺激受体分子[25,29]。

用X-光线晶体衍射法研究了BmPBP与bombykol复合物的结构,在pH8.2时,BmPBP-bo-mbykol复合物形成6个α-螺旋,这6个α-螺旋通过3个二硫桥连接在一起,将配体完全包裹起来,bombykol结合在BmPBP的亲脂性口袋中,在溶液中得到了保护[30]。

在BmPBP-bombykol复合物结构中,没有观察到配体进入亲脂性口袋的入口和出口,Sander等[30]认为可能是覆盖性外激素结合口袋的一个环移到一边或者这个蛋白有部分不折叠,配体可以通过这部分与口袋进行结合或释放出来。

为了阐明配体与气味结合蛋白结合和释放的过程,明确pH 的改变对气味结合蛋白构象的影响,Horst等[21]利用NMR研究了BmPBP的所有构象及其生理功能,结果表明BmPBP A与BmPBP-bombykol复合体晶体结构在构象上明显不同。

C-末端131~141位氨基酸残基位于BmPBP-bombykol复合体表面,在复合体721农业生物技术学报2004年中形成一个伸展的构象,而在BmPBP A中形成一个琢-螺旋,并且位于BmPBPA蛋白核心位置。

这是分子内调控的一种新的机制,通过蛋白构象的改变,使BmPBP能够结合和释放外界的气味分子,参与构象改变的氨基酸彼此不相邻。

这些研究很好地解释了为什么气味结合蛋白能够选择性地结合气味分子,又能在合适的条件下释放出气味分子。

2气味降解酶当气味分子刺激感受器神经膜受体后,一定存在某种机制降解剩余的气味分子,否则昆虫会因为连续刺激而死亡。

1981年,Vogt和Riddiford[4]首先报道在多声大蚕蛾触角中存在一种酯酶,这种酯酶能够降解多声大蚕蛾性外激素中的乙酸酯组分,并且在雄蛾触角中特异性表达。

随后,Rybczynski等[31]和Preswich等[5]分别在烟草天蛾、烟蚜夜蛾、多声天蚕蛾和家蚕触角中发现了一类能够分解醛类化合物的醛氧化酶,这类醛氧化酶在雌雄蛾触角中均存在,但在雄蛾触角中含量更丰富。

因此这种酶可能起着双重的作用,一方面主要分解性外激素中的醛类物质,另一方面还可能参与普通气味的分解作用,因为醛类化合物普遍存在于植物挥发物中。

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