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。2.1　种类

20世纪80年代初,人们对昆虫OB P 的研究是随动物学家研究人的嗅觉感受阈值时才逐步兴起的[7]。研究昆虫的嗅觉反应,过去和现在皆是以其外激素为主,特别是性外激素。昆虫第一个外激素结合蛋白(pherom one b inding p ro 2tein 简称,PB P )是在多音大蚕蛾A n theraea p olyp he m us 的触角嗅觉感受器的淋巴液中发现的[8]。它是一类分子量约为16KD a 、等电点为4.7的可溶性蛋白,大量存在于其毛形感器的淋巴液中。与目前所描述的昆虫结合蛋白具有相似的特点。90年代初,通过分子克隆[2,4]和氨基酸微序列分析(m icro sequencing )法[9],一类新的气味结合蛋白被发现,称之为一般气味结合蛋白(general odo ran t 2b inding p ro tein s 简称,GOB P s )。根据GOB P s 氨基酸序列的不

同,把它分为两类:GOB P1和GOB P2。因此昆虫OB P家族就包括了3个亚家族:PB P、GOB P1和GOB P2。除鳞翅目外,其它昆虫中也发现了OB P,而且存在部位也不仅仅在触角中,如双翅目[10,11]、鞘翅目[12]、半翅目[13,14]和　目[15](见表1)。由此可见,气味结合蛋白的存在具有普遍性。

2.2　昆虫气味结合蛋白的一般性质2.2.1　鳞翅目昆虫的气味结合蛋白

鳞翅目昆虫OB P与脊椎动物的有着相近的分子量和等电点。在变性条件下,PB P和GOB P的分子量为15～17KD a。等电点在414～512之间。而对于它们的空间结构则研究很少。据报道,多音大蚕蛾的PB P为二聚体,家蚕B o m by x m ori的PB P为单体[16,17]。目前已研究的鳞翅目昆虫的OB P见表2。

表1　目前已研究其气味结合蛋白的昆虫类别

分类地位昆虫种类存在部位参考文献大蚕蛾科Saturniidae多音大蚕蛾A n theraea p olyp hernus触角9,29

柞蚕A.p erny i触角2,3,30

金星　叶槭大蚕蛾H y a lop hora cecrop ia触角9

蚕蛾科Bom bycidae家蚕B o m by x m ori触角9,17,31天蛾科Sph ingidae烟草天蛾M and uca sex ta触角4,32

毒蛾科L ynantriidae舞毒蛾L ym an tria d isp a r触角9,33

黄杉合毒蛾O rgy ia p seud otsug a ta触角9

夜蛾科N octuidae烟芽夜蛾H elioth is v irescens触角34

甘蓝夜蛾M am estra brassicae触角24,35,36螟蛾科Pyralidae亚洲玉米螟O strin ia f u rnaca lis触角19

欧洲玉米螟O.nubila lis触角19

果蝇科D ro soph ilidae黑尾果蝇D rosop h ila m elanog aster触角5,6

蚤蝇科Pho ridae伏蝇P hor m ia reg ina触角、味觉感器10

实蝇科T rypetidae地中海实蝇Cera tits cap ita ta血淋巴11

拟步甲科T enebri onisae黄粉甲T enebio m oliter雄性附腺12

竹节虫科Phas m idae 棉杆　S ipy losae sipy lus触角15

棒竹节虫科Bacunculidae Ca rausius m orasus触角、足15

盲蝽科M iridae美国牧草盲蝽L y g us lineola ris触角13,14

2.2.2　其它昆虫的气味结合蛋白

除鳞翅目昆虫外,其它昆虫的OB P研究较少。T uccin i等[15]从棉杆　S ipy loid ea sipy lus 和Ca rausius m orosus的触角中纯化了2种特异性蛋白。第一种分子量为19KD a,与大多数鳞翅目昆虫的PB P亚家族N端38个氨基酸中有8个相同;第二种分子量为17KD a,与GOB P1亚家族N端24个氨基酸有5个相同。而且他们在C.m orosus的足中也发现了与鳞翅目昆虫OB P序列相似性较高的另一种蛋白;Paesen等[12]在黄粉甲T enebrio m olitor的雄性附腺中发现了与蛾类PB P序列相似的蛋白; T hym ianou等[11]发现地中海实蝇Cera tits cap2 ita ta的雄性特异性血清蛋白(m ale2specific serum p ro tein s,简称M SSP s)M SSP2Α与昆虫的OB P氨基酸序列极为相似;O zak i等[10]在伏蝇P hor m ia reg ina的味觉感受器中也发现了PB P家族成员。所有这些都表明了该蛋白也可能在其它部位及其它感受器中出现。许多学者在黑尾果蝇D rosop h ila m elanog aster中也发现