昆虫气味受体的研究方法与进展

昆虫气味受体(odorant receptors,ORs)在外周嗅觉系统识别气味信号过程中起着关键作用,参与昆虫取食、交配和产卵等重要生命活动过程.随着测序技术飞速发展以及生物信息学研究的深入,昆虫气味受体基因实现了大规模鉴定.本文详述了昆虫气味受体基因的研究方法及其原理和优缺点,归纳总结了自2015年以来已发表文章中采用不同分析方法进行ORs鉴定和功能研究的数量和比例,列举了重要害虫气味受体的研究进展.2015-2019年利用基因组和转录组测序技术分别鉴定了 2 543和5 111个OR基因.基因表达和蛋白定位研究有助于分析OR基因在不同组织以及不同发育阶段的表达特异性,荧光原位杂交和免疫组织化学方法常用于分析细胞和组织定位;半定量反转录 PCR(semi-quantitative reverse transcription PCR,RT-PCR)技术和实时荧光定量PCR(quantitative real-time PCR,qRT-PCR)技术常用于研究OR基因的时空表达模式.利用冷冻电镜技术解析昆虫OR蛋白的超微晶体结构,以明确OR关键氨基酸残基与配体化合物互作规律.ORs功能研究手段不断丰富,体外异源表达系统在2015-2019年间的占比为75.76％,以爪蟾卵母细胞Xenopus oocytes系统结合双电极电压钳技术(two-electrode voltage clamp,TEVC)为主(占比43.94％),辅以转基因果蝇异源表达系统结合单感器记录技术以及细胞系异源表达ORs结合钙离子成像技术;体内功能研究方法包括RNA干扰(RNAi)技术和CRISPR/Cas9基因编辑技术,后者在ORs功能研究中取得了突破性进展并具有广泛的应用前景.最后本文对今后的研究方向提出了以下建议:(1)开展更多重大害虫及天敌昆虫嗅觉识别机制研究;(2)阐明昆虫性信息素和寄主植物挥发物协同作用的内在机理;(3)解析气味受体蛋白超微晶体结构并揭示ORs与气味分子特异性识别机制;(4)基于RNAi技术开发新型昆虫行为调节剂.