昆虫嗅觉相关蛋白的研究进展

王晓双　唐良德　吴建辉

摘 要 昆虫对自然环境中复杂化学信号的识别多依赖于其灵敏的嗅觉系统，选择寄主、觅食、寻找配偶等行为的发生都以嗅觉识别为基础，而完成嗅觉识别还需要多种嗅觉相关蛋白的参与。嗅觉相关蛋白主要包括6种，即气味结合蛋白、化学感受蛋白、气味受体、感觉神经元膜蛋白、离子型受体和气味降解酶。不同种类和性别的昆虫中，嗅觉蛋白的种类、数量和分布各不相同。由于嗅觉蛋白在昆虫识别外界气味分子中的重要作用，国内外近年来对其展开了广泛、深入的研究。本文从几种嗅觉相关蛋白的生化特性、分子结构、生理功能、分布表达部位和研究概况等角度，较详细地综述了近年来国内外昆虫嗅觉相关蛋白的研究进展。

关键词 气味结合蛋白；化学感受蛋白；气味受体；感觉神经元膜蛋白；离子型受体；气味降解酶

中图分类号 Q965 文献标识码 A

Abstract Olfactory proteins of insects have great importance in the process of communication with the outside world and they are believed to be involved in host-finding， foraging， couple searching and other chemical communications. The odorant-related proteins mainly consisted of six species， namely odorant binding protein， chemosensory proteins， odorant receptors， sensory neuron membrane proteins， ionotropic receptor and odorant degradation enzyme respectively. The species， quantity and distribution of olfactory proteins vary among insects of different species and sexes. Odorant-related proteins play an important role in insect for recognizing external odors and are widely and deeply studied in the recent years. The authors summarized some recent advances on the biochemical characteristics， molecular structure， physiological role and localization of distribution and expression of olfactory proteins in this paper.

Key words Odorant binding protein； chemosensory proteins； odorant receptors； sensory neuron membrane proteins； ionotropic receptor； odorant degradation enzyme

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2017.06.030

昆蟲作为地球上进化策略最成功的无脊椎动物类群[1]，其个体之间及其与其他生物和自然环境之间最普遍的联系方式便是化学联系，这种联系既可依赖于挥发性信息化学物质，又可依赖于非挥发性物质。在定位寄主、寻觅配偶、产卵以及躲避天敌等生命活动中发挥引导作用的多为挥发性信息化学物质，昆虫对这种挥发物的识别通常依赖于其灵敏发达的嗅觉系统[2-3]。早在1962年，Schneider[4]便通过雄蚕蛾（Bombycidae）触角周缘受体神经的电生理记录发现昆虫的嗅觉系统具有敏感性和特异性，自此，拉开了人类探索昆虫嗅觉系统的序幕。迄今为止，50多年的研究成果表明，大部分昆虫的触角、下颚须和下唇须都分布有嗅觉感受器，不同的感受器可以识别不同的气味信息素并以此调控昆虫的行为[5]。因此，研究昆虫的嗅觉感受机制有助于阐明昆虫间的化学通讯机制，进而解释其行为机制，为人们开发高效、特异的昆虫行为调节剂，探索害虫防治新途径奠定坚实的理论基础。而昆虫完成嗅觉识别过程需要多种嗅觉相关蛋白的参与，这些嗅觉蛋白在昆虫与外界进行信息交流时具有重要意义。截至目前，人们发现参与昆虫的嗅觉相关蛋白主要包括气味结合蛋白、化学感受蛋白、感觉神经元膜蛋白、气味受体、离子型受体和气味降解酶等。

1 气味结合蛋白（odorant binding protein， OBP）

气味结合蛋白（odorant binding protein， OBP）与气味分子的结合是昆虫专一性识别外界气味物质的第一步生化反应[6]，各个类群独特的OBP系统恰巧体现了不同昆虫化学感应系统的演化进程。在昆虫嗅觉系统中，OBP作为最先发挥功能的关键组分[4]，它的主要作用是结合环境中的脂溶性气味分子，使其通过亲水性的感受器淋巴液，并最终运输至嗅觉神经元树突膜上的气味受体附近，进而引起昆虫的嗅觉反应。该类蛋白是等电点为4～5的水溶性酸性蛋白[7]。不同昆虫种群的OBP间具有相似的特征：全长约144个氨基酸，分子量约15～17 KD，N-末端有一段长约20个氨基酸的信号肽序列。该序列包含6个保守的半胱氨酸位点[5]，部分昆虫为超过6个半胱氨酸的“plus-c”型或少于6个半胱氨酸的“minus-c”型[8-9]，这6个保守位点形成3个相互交联的二硫键（Cys（Ⅰ）-Cys（Ⅲ）、Cys（Ⅱ）-Cys（Ⅴ）和Cys（Ⅳ）-Cys（Ⅵ）[10]），以此维持蛋白质三级结构的稳定性。在蛋白质分泌过程中，这段信号肽序列被除去而后变为成熟蛋白，成熟蛋白第40～60位约有20个亲脂性氨基酸，这段序列可能与OBP结合外界环境中的气味分子有关[11-12]。20世纪90年代末，科学家通过圆二色性研究发现，烟草天蛾（Manduca sexta）OBP的二级结构主要为6个α-螺旋组成的二聚体，并兼有少许β-折叠结构[13]。脊椎动物OBP的二级结构则以β-折叠为主[7，14]。这种区别表明二者并非由共同祖先进化而成，功能相同只是为适应复杂的生态系统而做出的趋同进化。

OBP以高浓度存在于昆虫触角血淋巴中，主要在触角中特异性表达[5]。但越来越多的研究表明，OBP不仅仅在触角中表达。如麦长管蚜（Sitobion avenae）SaveOBP3和SaveOBP8均为周身表达，且在足部表达量较高，这暗示着它们可能具有特殊的嗅觉功能[15]。亚洲小车蝗（Oedaleus asiaticus） OasiOBP5、OasiOBP7和OasiOBP15在口器中的表达丰度都高于触角，表明这些蛋白可能参与识别食物挥发物；OasiOBP4、OasiOBP8、OasiOBP13和OasiOBP15则在各个组织中均被普遍检测到，这暗示着它们可能参与了普通化学物质的检测[2]。RT-PCR研究发现，二化螟（Chilo suppressalis）CsupOBPs的组织表达谱随虫体的生长发育而有所变化，如CsupOBP8、CsupOBP10和CsupOBP24在幼虫阶段特异性表达于头部，在成虫阶段则主要于触角中富集；荧光竞争结合实验还发现，CsupOBP8对植物挥发物β-紫罗酮、橙花叔醇、法尼醇和二己酮具有高亲和力，这表明CsupOBP8在结合并运输植物挥发物中发挥了嗅觉作用[16]。

OBP最早于鱗翅目昆虫中发现并报道，随后在鞘翅目、膜翅目、同翅目、双翅目等昆虫中也相继被发现[17-22]。迄今为止，OBPs已在亚洲小车蝗（O. asiaticus）[2]、绿盲蝽（Apolygus lucorum）[3]、云斑天牛（Batocera lineolata）[23]、椰甲截脉姬小蜂（Asecodes hispinarum）[24]、白背飞虱（Sogatella furcifera）[25]、大草蛉（Chrysopa pallens）[26]、中黑盲蝽（Adelphocoris suturalis）[27]等近50种昆虫中有报道，且以美国加利福尼亚大学和德国Kaissling研究小组的研究最为深入[5]。目前研究表明，昆虫气味结合蛋白主要分为2类，即性外激素结合蛋白和普通气味结合蛋白。

1.1 性外激素结合蛋白（pheromone binding proteins， PBP）

对昆虫化学通讯的研究最早开始于鳞翅目昆虫性信息素[5]。1981年，Vogt等[28]用标记性外激素的方法在多音天蚕（Antheraea polyphemus）雄蛾触角的毛形感器淋巴液中发现了可特异性结合雌蛾性信息素并协助其穿过亲水性淋巴液的一种蛋白，这是人类发现的第一个昆虫气味结合蛋白，并将其命名为性外激素结合蛋白（pheromone binding proteins， PBP）。随后，Sandler等[29]利用X-射线晶体衍射技术对家蚕（Bombyx mori）PBP的晶体结构进行了分析，研究发现Bmor PBP由6个α-螺旋组成，通过6个色氨酸残基形成3对二硫键来维持蛋白质结构的稳定性，这也是OBPs的一个重要标志。在碱性条件下，其中4个α-螺旋（α1， α4， α5和α6）反相平行组成烧瓶状的信息素结合兜，以此特异性结合家蚕（B. mori）性信息素的主要成分蚕蛾醇。酸性环境中，C端伸展序列形成一个新的α螺旋（α7），伸入结合兜内将蚕蛾醇取代并将其释放。这一成果使PBP高级结构的研究取得重大进展。

到目前为止，已在鳞翅目、鞘翅目和蜚蠊目等近30种昆虫中克隆出40多个PBP基因[7]。通常情况下，PBP主要在雄性昆虫触角中大量表达，雄虫以此识别雌性个体释放的性外激素。如小菜蛾（Plutella xylostella）Pxyl PBP1和Pxyl PBP3基因在雄虫触角中的表达丰度显著高于雌虫[30]。但也有例外。半定量RT-PCR分析结果显示，家蚕（B. mori）BmPBP2和BmPBP3基因在雌雄虫中的表达水平无显著差异[1]。目前，已明确雌虫触角内含有PBP昆虫的有美洲棉铃虫（Helicoverpa zea）[31]、草地夜蛾（Spodoptera frugiperda）[31]、甘蓝夜蛾（Mamestra brassicae）[32]、烟芽夜蛾（Heliothis virescens）[33]和烟草天蛾（M. sexta）[34]等鳞翅目昆虫，其中，在美洲棉铃虫（H. zea）等3种鳞翅目昆虫体内PBP的雌雄虫表达量相当[6]。此外，贾小俭等[35]研究发现，桃蛀螟（Dichocrocis punctiferalis）CpunPBP1不但能有效地与桃蛀螟性信息素组分结合，还能与8种寄主植物挥发物有效结合，据此推测CpunPBP1在感受性信息素与寄主植物挥发物的过程中发挥着双重作用。

1.2 普通气味结合蛋白（general odorant binding protein， GOBP）

上世纪90年代初，昆虫学家在柞蚕（Antheraea pernyi）触角中发现一种不同于性外激素结合蛋白的气味结合蛋白，它能够溶解并在亲水性淋巴液中运输植物挥发物等普通气味分子[36]。因该蛋白的结合特性，人们将其命名为普通气味结合蛋白（general odorant binding protein， GOBP）。到90年代中期，Steinbrecht[37]又分别在柞蚕（A. pernyi）、家蚕（B. mori）中发现了GOBP1、GOBP2。

GOBP对气味分子具有广谱结合性，不仅能识别寄主植物挥发物和其它与食物相关的气味，还能识别少量的性信息素。与PBP在毛形感器中特异性分布相似的是，GOBP主要在锥形感器中表达，但这一表达的空间特性并不存在绝对化，有时会因性别不同而有所差异。例如，在棉铃虫（Helicoverpa armigera）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；在雌蛾触角中，PBP在少数锥形感器和中等大小的毛形感器中存在，长形毛形感器中不表达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[38]。不同于PBP主要在雄虫中表达的特性，GOBP在雌雄个体中的表达量几乎相当。王桂荣[38]研究发现，棉铃虫（H. armigera）HarmPBP在雄蛾触角中的表达量显著高于雌蛾，HarmGOBP2在触角中的表达量基本无性别差异。此外，GOBP1与GOBP2的氨基酸序列高度保守，组内成员间的同源性高达90%左右[7]。钟国华等[39-40]研究发现，斜纹夜蛾（Spodoptera litura）触角SlitGOBP1与已报道的10种鳞翅目昆虫GOBP1的相似性为90%～41%，氨基酸序列系统进化树分析表明，SlitGOBP1与夜蛾科的烟草夜蛾（Helicover paassulta）、烟芽夜蛾（H. virescens）和棉铃虫（H. armigera）GOBP1属于同一分支，相似性分别为78.1%、87.6%和79.9%；SlitGOBP2氨基酸序列与其它16种鳞翅目昆虫GOBP2的同源性在94%～75%之间，且SlitGOBP2与草地夜蛾（S. frugiperda）和甘蓝夜蛾（M. brassicae）的GOBP2同属一个分支，一致性分别为94.4%和92.0%；这暗示着GOBP参与了普通气味分子的识别。Zhang等[41]研究发现，多胺能够降低小菜蛾（P.xylostella）初羽化雄虫Pxyl GOBP2的表达水平，提高初羽化雌虫Pxyl GOBP2的表达水平；还能显著增加未交配雌雄虫Pxyl GOBP1的表达水平，对于已交配雌虫的调控效果则恰恰相反。

到目前为止，还从未在同一感器中同时发现PBP和GOBP，有的感器中二者皆不存在[14]。这一分布特点表明OBP可能存在不同的亚族。由此看出，OBP的功能与分布相适应，同时也表明PBP和GOBP参与外界不同刺激的识别，与不同的气味受体协同作用。

2 化学感受蛋白（chemosensory proteins， CSPs）

Angeli等[42]最早在沙漠蝗（Schistocerca gregaria）的触角中发现了一类参与沙漠蝗化学感受的蛋白，然而该蛋白与OBP在序列、结构、表达谱等方面都存在明显差异，故将其命名为化学感受蛋白（chemosensory proteins， CSPs）。CSPs是球形可溶性小分子蛋白，分子量较小，为13 ku，由100～115个氨基酸残基组成。CSPs在物种之间的同源性略高于OBP，典型特征为4个保守的半胱氨酸残基组成2个二硫键，从而形成2个小环[43]，借此维持稳定的构型。同OBP类似的是，大多数昆虫CSPs的二级结构是6个α-螺旋[6]，但在不同昆蟲内α-螺旋的数目有所差异，这也导致不同昆虫体内CSPs的功能各有不同。CSP家族到目前为止仅在昆虫中有所发现，在哺乳动物中还未发现CSP基因的同源物[44-45]。

不同于OBP高度富集于触角，而CSPs的组织表达谱较为广泛，在体躯、表皮、触角、腹部、下唇须、下颚须、跗节和性腺等各个部位均能表达。Cui等[27]在中黑盲蝽（Adelphocoris suturalis）触角转录组中鉴定出8个CSPs候选基因，其中AsutCSP1、AsutCSP4和AsutCSP 5在触角中特异性表达，且AsutCSP1在雄虫触角中的表达量高于雌虫。半定量RT-PCR研究结果表明，棉铃虫（H. armigera）CSP基因在头、胸、腹、足、翅和触角等组织中的表达量无明显差异[46]。RT-PCR检测发现，绿盲蝽（Apolygus lucorum）AlucCSP2和AlucCSP3在雌性翅中特异性表达[3]。甜菜夜蛾（Spodoptera exigua）的6个CSPs基因除触角以外，在足和翅也高度表达，这表明它们可能还具有化学感应和其它非嗅觉作用[47]。

已有研究表明，CSPs最基本的功能是溶解并运输不同的亲脂性配基[6]，识别环境中的大量非挥发性物质[11]，还兼有信号转导、免疫、调控生长发育、调节生理节律、识别CO2等功能[45-51]。如外周组织CSP可能参与了东亚飞蝗（Locusta migratoria）群居型与散居型的转变过程[52]。西花蓟马（Frankliniella occidentalis）Focc CSP1在2龄若虫中的转录水平较高，Focc CSP2在1龄若虫中的相对表达量较高，暗示这2个基因可能参与调节若虫的生长发育[53]。实时定量PCR结果显示，中华蜜蜂（Apis cerana）化学感受蛋白Ac-ASP3在翅和足中高丰度表达，在触角中的表达量相对较低，据此推测Ac-ASP3可能不参与搜寻蜜源等嗅觉活动，而是参与蜂巢内个体信息的识别以及触角的机械运动[54]。

迄今为止，已经克隆了5个目10种昆虫的40多个CSPs基因[46]，但只鉴定出甘蓝夜蛾（M. brassicae）CSP6[55]、家蚕（B. mori）CSP1[56]和沙漠蝗（S. gregaria）CSP4[57]共3个CSPs的三维结构。很多昆虫中都存在多个CSP基因，对该基因功能的研究方法主要是通过基因结构及分布特征进行预测，能直接证明CSPs功能的实验证据依然有待发掘。

3 气味受体（odorant receptors， ORs）

嗅觉的识别和传导从气味分子与嗅觉神经元树突膜上的气味受体（odorant receptors， ORs）的相互作用开始。ORs是有7个跨膜域的G蛋白偶联受体，主要分布于触角和下颚须，由大约300～350个氨基酸残基组成。抗体标记试验表明，ORs一般为N端在胞内，C端在胞外的反向膜拓扑结构，这种结构特性与脊椎动物G蛋白偶联受体及其它物种的气味受体完全不同。ORs为非选择性阳离子通道[58]，对气味具有高度选择性和特异性，能够将气味分子的化学信号转换为电信号，在昆虫的嗅觉反应中起到了中转站的作用[11]。气味分子与气味受体相互作用激发了G-蛋白偶联反应的连锁信号。受体调节的G-蛋白激活与第二信使连锁的关键酶，既能使5′-腺苷三磷酸在腺苷酸环化酶（AC）的催化作用下形成3′，5′-环化腺苷酸（cAMP），又能使磷脂酶C（PLC）水解膜上的磷脂酰肌醇释放1，4，5-三磷酸肌醇（IP3）和甘油二酯（DAG）。细胞内cAMP和IP3浓度的升高，激活了膜上的离子通道，从而产生动作电位。

人类对气味受体的探索于20世纪90年代初取得突破性进展，Buck等[59]从褐家鼠（Rattus norvegicus）的嗅觉上皮组织中成功克隆得到第1个气味受体基因。随后，Troemel等[60]又克隆得到秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）的OR。昆虫ORs基因的发现还要略晚于线虫，直至20世纪末，Clyne等[61]，Gao等[62]以及Vosshau等[63]3个实验室几乎同时克隆得到果蝇的OR，自此才开启了人类对昆虫ORs探索的新篇章。昆虫的气味受体是在六足总纲味觉受体的基础上演化而成的，并逐渐发展为昆虫气味识别系统的主导元素[64]。昆虫体内的ORs主要分为两类，一类是传统的、位于神经元膜上的普通气味受体（ORs），可直接识别OBP，这类气味受体高度变异，不同昆虫间的同源性只有20%；另一类是保守的位于感觉神经元上的Or83b蛋白，它包含一个保守的钙调蛋白（CaM）结合基序[58]，这类蛋白几乎在所有的嗅觉神经元中都表达，不同昆虫间的氨基酸同源性高达70%以上。Or83b蛋白可以协助典型气味受体准确定位到树突膜的表面。利用RNAi抑制长红锥蝽（Rhodnius prolixus）RproOr83b基因表达后，长红锥蝽（R. prolixus）的嗅觉行为明显减弱，搜寻寄主的行为受到严重干扰，还伴有死亡率上升、产卵率和蜕皮率下降等现象，说明Or83b基因可能还具有调节生命活动等作用，其功能有待进一步研究[65]。利用TALEN诱导亚洲玉米螟（Ostrinia furnacalis）Or83b受体基因突变后进行生理和行为分析，结果表明触角对性信息素组分的反应降低至微量级，且OfurOr83b突变体的行为反应完全丧失[66]。Or83b突变体电生理试验也表明Or83b与其它受体蛋白共同调节昆虫对所有气味分子的反应[4]。以上都印证了目前的研究观点，即Or83b蛋白与典型气味受体以一种还未探明的化学计量比聚合成异源二聚体，形成了一个既能传输亲离子型信号又能传输亲代谢性信号的功能复合体[64]，以此增强气味受体对气味分子的识别能力。

随着测序技术的发展，已通过全基因组测序在双翅目、膜翅目、鳞翅目、鞘翅目、半翅目和蜚蠊目等昆虫中鉴定出多个ORs[67]。其中，从黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）全基因组序列中鉴定出至少62个候选ORs基因[11]，在冈比亚按蚊（Anopheles gambiae）中筛选出至少79个ORs基因，在烟芽夜蛾（H. virescens）中则识别出9个候选ORs基因[13]。不同昆虫体内ORs基因的数目不等，差距较大，体虱（Pediculus humanus）中仅发现10个，西方蜜蜂（Apis mellifera）中则有170个，目前发现ORs基因最多的为佛罗里达弓背蚁（Camponotus floridanus），高达352个，这反映了昆虫ORs在进化过程中广泛存在的基因得失现象。

4 感觉神经元膜蛋白（sensory neuron membrane proteins， SNMPs）

感觉神经元膜蛋白（sensory neuron membrane proteins， SNMPs）是富集于完全變态昆虫触角中的重要嗅觉功能蛋白，分为SNMP1和SNMP2两个亚族[68]，SNMP1在对信息素敏感的嗅觉受体神经元（ORNs）中表达，SNMP2在支持细胞中表达[69]。此类蛋白为双跨膜蛋白，由大约519～525个氨基酸组成，在链的C端和N端各有一个跨膜域，跨膜结构域内有若干N-糖基化基团与二硫键[68]，该蛋白最初为59 ku的多肽，经过翻译后修饰，被加工为69 ku的多肽。最早被发现的昆虫SNMPs基因为20世纪90年代中期在多音天蚕（Antheraea polyphemus）中克隆的SNMP1基因[70]。SNMP2基因的首次发现则是在烟蚜夜蛾中[68]。随后苹果蠹蛾（Cydia pomonella）[68]、中华蜜蜂（A. cerana）[70]、烟夜蛾（Heliothis assulta）[71]、棉铃虫（H. armigera）[72]、家蚕（B. mori）[73]、甜菜夜蛾（S. exigua）[74]等多种昆虫的SNMPs基因也相继得到鉴定。

SNMPs有触角富集优势，罗梅浩等[71]通过半定量RT-PCR研究发现，SNMPs在烟夜蛾（H. assulta）的触角、头（除去触角）、喙和足中均能表达，且触角中表达丰度最高，喙次之。Liu等[74]研究发现甜菜夜蛾（S. exigua）SexiSNMP1和SexiSNMP2在毛形感器和锥形感器中都有表达，推测这2个基因在感受性信息素与普通气味识别中具有双重功能。对中华蜜蜂（A. cerana）Acc SNMP1与其他昆虫SNMPs基因的同源性比较发现，同源性差异很大，在氨基酸水平上与西方蜜蜂（A. mellifera）SNMP基因一致性高达99.2%，与熊蜂（Bombus impatiens）SNMP基因的一致性也达90.9%，但与赤拟谷盗（Tribolium castaneum）SNMP基因一致性仅为22.7%，系统发育树显示中华蜜蜂（A. cerana）与西方蜜蜂（A. mellifera）遗传距离最近[70]。qRT-PCR结果证明，小地老虎（Agrotis ypsilon）AipsSNMP1和AipsSNMP2在触角中的表达显著高于其他组织，在羽化前3 d的蛹期开始表达，羽化当天表达量显著增加，在羽化后的4 d都保持高表达量，交配状态对其表达水平没有影响[69]。

5 离子型受体（ionotropic receptor，IR）

离子型受体（ionotropic receptor， IR）作为一类新近发现的基因家族，最早于果蝇的嗅觉系统中展开研究。科学家们通过电生理结合分子生物学手段对果蝇的触角、下颚须等外周感觉器官及基本的嗅觉中心触角叶综合研究后发现，大量触角神经元既不表达ORs基因，也不表达味觉受体（GR）基因，但可以对某些气味分子产生反应[75]，这暗示可能存在一类未知的其他嗅觉基因家族。2009年，通过对黑腹果蝇（D. melanogaster）基因组进行生物信息学分析，发现了一大类高度分化的谷氨酸离子通道受体（ionotropic glutamate receptor，iGluR）家族的远源同系物，并将其命名为离子型受体（IR）[76]。分析结果表明，黑腹果蝇（D. melanogaster）中共有66个IR基因，包括9个假基因。RT-PCR和荧光原位杂交证明，有16个IR特异性表达于触角，其中10个定位于某些亚型的腔锥形感器的神经元中，或是与1～2个其它的IR共表达[76-77]。后续研究表明，表达IR基因的触角神经元均表达另外2个基因IR8a和IR25a，这2个基因被认为具有共受体特性，推测IR与IR8a、IR25a的这种表达模式类似于配体特异性的OR与其共表达受体OR83b[76]。

在其它昆虫中，IRs也被陆续报道。例如，在斜纹夜蛾（S. litura）中，有12个IRs基因在触角中已被鉴定[78]。在苹果蠹蛾（C. pomonella）触角转录组中发现15个IRs基因片段[79]。最近，在棉铃虫（H. armigera）触角转录组中鉴别出12个IRs基因[80]，其中包括了在此之前发现的2个协同受体IR8a和IR25a。IRs在长红锥蝽（R. prolixus）整个发育历期的触角中都表达[81]。在腰带长体茧蜂（Macrocentrus cingulum）中鉴定了3个IRs，RT-PCR检测IRs在不同组织（触角、头部、胸、腹、足）中的表达模式发现，除IR1在雄虫触角中有少量表达外，IR2和IR3只在雌虫的触角中表达；另外，IR2还在雌虫足部高水平表达[82]。

6 气味降解酶（odorant degradation enzyme， ODEs）

信号失活在所有的化学机制中都具有重要意义，在嗅觉中也不例外。昆虫完成一系列嗅觉反应后，一定要将气味分子降解掉，否则气味分子会对受体继续保持刺激，不断产生电信号向下游传导，这样就会对昆虫的神经系统造成损伤。信号的终止避免了嗅觉感受器官受到连续的化学刺激，同时还减少了信号饱和性的干扰。目前对气味分子失活机制的研究存在2种观点。一种观点认为是气味降解酶（odorant degradation enzyme， ODEs）使气味分子失活，另一种观点则认为气味分子先通过OBP失活，而后被ODEs降解。ODEs是一种选择进化的酶类，主要包括酯酶（EST）、醛氧化酶（AOX）、谷胱甘肽-S-转移酶（GST）和细胞色素P450氧化酶。

20世纪末，Rybczynski[83]和Prestwich[84]等分别在烟草天蛾（M. sexta）、烟芽夜蛾（H. virescens）、家蚕（B. mori）的触角中发现了能够分解醛类化合物的醛氧化酶，这类酶在雌雄蛾触角中均表达，但在雄蛾触角中表达丰度更高。21世纪初，Ma1··bèche-Coisne等[85]在甘蓝夜蛾（M. brassicae）中鉴定出一个具有昆虫羧基酯酶催化三联体结构的酯酶基因，且在触角中特异性表达，这暗示该基因在气味降解中可能具有重要作用。随后Durand等[86]在海灰翅夜蛾（Spodoptera littoralis）触角中发现并鉴定了羧酸酯酶对植物绿叶气味物质具有代谢作用。Wang等[87]在棉铃虫（H. armigera）中鉴定出一个在触角中特异性表达的GST基因，推测该基因可能参与性外激素及有毒物质的分解。邵刚锋等[88]从甜菜夜蛾（S. exigua）雄蛾触角内鉴定出2个P450基因，它们在触角和足内的表达量明显高于头部和胸部，暗示2个基因可能具有气味降解等多种功能。有报道P450基因参与信息素在甲虫体内的信号失活的过程，在触角中特异性表达[89]。

7 展望

随着传统化学农药在全球范围内的长期大量使用，害虫抗药性、害虫再猖獗及环境污染问题日益严重，探索有效的害虫预测和防治新途径，开发环境友好型绿色药剂，避免环境污染的加剧，是未来很长一段时间内植保工作者肩上的重任[12]。而实现绿色防控的重要基础之一便是充分了解昆虫间的化学通讯机制，为人们开发高效、特异的昆虫行为调节剂奠定坚实的理论基础。不同于其它物种，昆虫感受外界化学信号多由其发达的嗅觉系统控制。昆虫嗅觉是昆虫行为的基础，对昆虫嗅觉机理的研究不但可以帮助人们揭示昆虫从环境中成千上万种气味分子中筛选、识别特殊气味分子的基本原理，阐明昆虫行为反应的本质原因，促进人们研制高效的昆虫行为调节剂来防控害虫、保护利用益虫，同时也对研究脊椎动物的嗅觉识别机制具有重要的借鉴及启发意义。近年来，分子生物学技术的不断发展与成熟使得进一步了解昆虫嗅觉识别机理成为可能。目前，我们已在分子水平和细胞水平上对昆虫的嗅觉识别机理有了一定的了解，尤其是气味受体的发现使对果蝇嗅觉机制的全面研究得以展开。但目前的研究成果显然还不足以使人们系统全面地认识昆虫的嗅觉感受系统，仍有大量的工作需要进一步展开与深化。比如对各种嗅觉相关蛋白的功能及其相互作用的研究还有待深化，嗅觉信号传导机制仍不十分明确，嗅觉神经元动作电位产生的G蛋白偶联假说与配体门离子通道假说也需继续探究其直接实验证据。

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