烟青虫与棉铃虫信息素受体的功能研究

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雄蛾演化了高度敏感和特异的嗅觉感受系统来感受雌蛾所释放的性信息素。相关的气味受体有狭窄的调谐谱,在性信息素感受过程中发挥重要的作用,因而特称为信息素受体(pheromone receptor,PR)。烟青虫(Helicoverpa assulta)和棉铃虫(Helicoverpa armigera)这对近缘种昆虫,是研究性信息素通信非常好的模型。它们都以顺9-16:碳烯醛((Z)-9-hexadecenal,Z9-16:Ald)和顺11-16:碳烯醛((Z)-11-hexadecenal,Z11-16:Ald)为性信息素组分,但在各自性信息素腺体内的比例却正好相反,分别为93∶7和3∶97。两种昆虫感受两种组分的嗅觉受体神经元的数目,也和这个比例一致,这也会反映在相关神经元所表达的信息素受体(PR)的表达水平上。在本研究中,鉴定到HassOr14b是烟青虫7个PR中表达水平是最高的,利用爪蛙卵母细胞表达系统和双电极电压钳明确HassOr14b是调谐烟青虫主要性信息素组分Z9-16:Ald的PR。利用原位杂交实验发现,HassOr14b与HassOr6或HassOr16分别共定位于烟青虫雄虫触角不同的C型感器。作为HassOr14b直系同源基因,HarmOr14b却是调谐(Z)-9-tetradecenal,这为研究OR的分子结构与功能的关系提供了契机。通过对多个区域和位点的氨基酸进行进行突变,最终鉴定到两个位于膜内区的单氨基酸位点的突变,即T355I和F232I,足以引起烟青虫HassOr14b向棉铃虫HarmOr14b的功能转变。这一发现不仅为理解近缘种间的适应性进化提供了依据,也为研究跨膜受体的分子结构与功能指出了新的方向。
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