聚集信息素受体及其编码特征

Aggregation pheromone is the key factor for eliciting animal aggregation behavior, but molecular mechanism underlying chemoreception of aggregation pheromone is unclear yet, particularly odorant receptors, the most key family of protein in chemoreception,are not identified. To elucidate the functions of aggregation pheromone receptor, we will conduct three technical routes to screen , identify and function the genes from Locusta migratoria. We can identify putative aggregation pheromone receptor genes by selection of odorant receptor genes expressing in the neurons responding to aggregation pheromone. We can also get the putative odorant receptor genes by matching co-expression of the immediately early genes and odorant receptor genes after aggregation pheromone inducing. And we can also transfer identified odorant receptor genes into the empty neuron of Drosophila and subsequently use single sensillum recordings (SSR)to screen and identify aggregation pheromone receptor gene. We will use single sensillum recordings and RNAi to research the odor coding characters of aggregation pheromone receptor in locust and transgenic Drosophila. The results of the project will provide valid evidences for revealing the molecular mechanisms of animal sensing aggregation pheromone and the molecular chemosensory basis for developing the locust aggregation behavior control.

聚集信息素是激发动物产生聚集行为的关键因素，但是动物感受聚集信息素的分子机制尚未明确，尤其是最关键的蛋白聚集信息素受体未被报道过。本项目拟以典型有聚集行为的飞蝗为研究对象，通过三条途径同时筛选和鉴定聚集信息素受体基因，即：通过筛选在感受聚集信息素的神经元上表达的气味分子受体基因初步获得可能的聚集信息素受体基因；筛选用聚集信息素刺激后同立即早期基因共表达于同一神经元的气味分子受体基因可以鉴定可能的聚集信息素受体基因；通过将气味分子受体基因转入果蝇空神经元，然后再通过电生理测定的方法可以筛选和鉴定聚集信息素受体基因。利用单感器电位记录结合RNAi的方法在转基因果蝇和飞蝗活体中研究聚集信息素受体对聚集信息素的编码特征。本研究所获得的成果将促进揭示动物聚集行为的嗅觉分子机制，也会为探讨飞蝗这一农业上的重大害虫的聚集行为的控制技术提供分子化学感受理论支撑。

聚集行为是动物中最为常见的行为之一（Parrish & Edelstein-Keshet， 1999）。动物的聚集有利于找到食物、同伴、逃避天敌和调节微环境等，是长期进化利于种群繁衍的重要结果(Wyatt, 2004)。有研究结果表明，很多动物聚集行为受环境因素调控，其中外界化学信号是激发动物产生聚集行为的重要因素，如松小蠹（Birch, 1984）、沙漠蝗（Hassanali et al 2005）。但是，关于动物聚集行为的嗅觉分子机制尚未明确。本项目假设动物的聚集行为受到外界嗅觉化学信号的刺激后而产生的，而气味分子受体在感受外界的聚集信息素中起决定性作用（感受聚集信息素的气味分子受体，可称为聚集信息素受体），对化学信号进行编码，之后传入到中枢神经中形成聚集行为的指令。因此，本项目拟集中研究与聚集行为相关的嗅觉受体及其功能。.为了解决动物的聚集行为的嗅觉分子机制问题，找到合适的研究对象则十分关键。众所周知，昆虫比哺乳动物容易操作，而常常作为解决一般性科学问题的研究对象。但是作为模式昆虫的果蝇和家蚕的没有显著的聚集行为，而飞蝗的聚集行为十分明显，而且容易控制其产生聚集行为，特别是在其羽化前就有聚集行为，这样会减少因为性成熟所产生的性行为的干扰（如松小蠹在成虫期聚集行为显著，会受到性行为的干扰）。因此本项目拟以飞蝗为对象研究与聚集行为相关的嗅觉受体及其功能。.项目的主要研究内容：1. 聚集信息素受体基因； 2. 聚集信息素受体的编码特征。.重要结果：1. 采用转录组测序获得一个飞蝗气味分子受体OR3。该受体的氨基酸残基数为413, 有7个跨膜域。采用原位杂交技术证明该气味分子受体表达在飞蝗触角的毛形感器的神经元中。2. 将该蛋白的基因转入到黑腹果蝇的空神经元aT1中, 采用单感器记录明确了该气味分子受体的编码气味分子谱，其中对飞蝗的聚集信息素之一，2-DP反应强烈。3. 采用RNAi技术将OR3在飞蝗体内干扰表达，之后发现干扰OR3飞蝗聚集行为发生显著变化。证明OR3参与飞蝗聚集信息素的识别，并且影响飞蝗的聚集行为。.该研究结果对于了解动物聚集行为的嗅觉分子机制提供了重要数据，也会为害虫的治理和通过行为调控保护动物或饲养动物提供了理论依据。