团头鲂嗅觉器官的发育及代表性嗅觉受体基因的表达模式

为了研究团头鲂嗅觉器官的发育过程和嗅觉受体基因(ORs)在嗅囊发育不同时期的组织表达模式,实验基于组织学、形态学及实时荧光定量PCR技术(qRT-PCR)的方法进行了探究。组织形态学结果显示,团头鲂嗅觉器官位于后背部和两侧眼睛前方,嗅囊紧贴于嗅腔底部,形状近似椭圆形,嗅基板沿着头尾方向平行排列。嗅囊在团头鲂刚孵化时出现嗅窝外围凹进的痕迹,随后凹进处长出嗅窝,并在中央出现长条形的嗅基板。随着仔鱼的生长发育,单侧嗅囊初级嗅基板由疏松逐渐排列紧密,嗅基板隆起高度、数量及嗅囊总体表面积逐渐增加,在成鱼阶段趋于稳定。qRT-PCR结果显示,代表性ORs在团头鲂发育不同时期的组织中表达模式各异,其中Beta-2、9、10、11在胚胎发育期的囊胚期、胚孔闭合期及嗅板期高表达;Beta-2、9、10、11和Epsilon-7在仔稚鱼期的3~15 dpf中微弱表达,在30~60 dpf时期高表达;Beta-2、10、11及Epsilon-6、7、10、13在幼鱼期至成鱼期嗅囊中高表达,Beta-2、10、9、11及Epsilon-7、10、13在3月龄团头鲂嗅球中高表达;Beta-2、10在幼鱼期至成鱼期脑中低表达。研究表明,团头鲂嗅觉器官的发育进程与ORs表达相关,不同发育时期ORs主要表达部位均在嗅囊中。本研究对进一步探究ORs的功能提供理论支持,也为后续深入研究鱼类嗅觉识别机制奠定了基础。

动物嗅觉受体基因研究进展

嗅觉在哺乳动物的日常活动中发挥重要作用。嗅觉是一个复杂的生物学过程,挥发性气味分子与专门存在于嗅觉上皮细胞的嗅觉受体(OR)特异性结合,以发挥嗅觉的生物学功能。OR与气味物质的结合向大脑传递关于食物位置、潜在配偶、捕食者和有害物质的信号。嗅觉感受器也存在于鼻腔以外的器官中,其与动物内环境中的营养物质和代谢产物等分子结合,从而引发生理反应。文章综述了OR基因的结构、分布、多态性、功能、相关的信号通路以及嗅觉在动物采食中的作用,为研究嗅觉在动物采食中的作用提供参考。

甜菜夜蛾非典型嗅觉受体基因OR2的组织特异性和时空表达

本研究采用反转录多聚酶链式反应(RT-PCR)和实时定量PCR(Real-time quantitative PCR)技术对甜菜夜蛾Spodoptera exigua(Hübner)成虫不同羽化时期,不同部位组织内的非典型嗅觉受体OR2(SexiOR2)的组织表达谱和时空表达量进行了研究。结果表明,SexiOR2在甜菜夜蛾成虫的雌、雄蛾触角和喙内均表达。羽化后36h的雄虫触角中的SexiOR2表达量最大,约为同期雌虫的5.5倍。SexiOR2在雌、雄虫喙内表达量极低,其他组织中均未发现表达。本研究明确了甜菜夜蛾非典型嗅觉受体OR2在不同性别、羽化时期和组织的表达情况。

鱼类嗅觉受体基因研究进展

嗅觉是鱼类感知外界环境的重要器官,参与觅食、定位、避敌以及生殖洄游等行为。嗅觉功能基于嗅觉信号通路并由嗅觉受体蛋白识别外界环境中的气味分子而实现。嗅觉受体基因编码G蛋白偶联受体蛋白,在脊椎动物中已发现的嗅觉受体基因有5个家族,即主嗅觉受体基因(MOR)、犁鼻器Ⅰ型受体基因(V1R/ORA)、犁鼻器Ⅱ型受体基因(V2R/Olf C)、痕量胺相关受体基因(TAAR)和甲酰基肽受体基因(FPR)。鱼类占脊椎动物所有种类的50%以上,近年有关鱼类嗅觉受体基因的研究越来越多,新的发现不断涌现,但目前国内的相关文献甚少。本文总结了鱼类嗅觉受体基因家族的研究进展,整理了研究中遇到的有关问题和相应对策,并对研究前景作了展望,旨在为国内鱼类嗅觉受体基因的研究提供参考资料。

嗅觉受体基因的研究进展

嗅觉在动物的生命活动中起着重要的作用,与嗅觉相关的基因主要是嗅觉受体(Olfactory receptor,OR)基因。文章介绍了嗅觉受体基因的结构、表达调控、分布、分子进化及其多态性研究进展,并讨论了该基因与嗅觉功能和嗅觉障碍的关系。

中华蜜蜂嗅觉受体基因AcerOR141的克隆与表达分析

[目的]克隆鉴定中华蜜蜂Apis cerana cerana嗅觉受体基因AcerOR141,并对其全长序列和表达谱进行分析,为该基因的功能研究奠定基础。[方法]利用PCR扩增和基因克隆技术获得中华蜜蜂嗅觉受体基因AcerOR141的cDNA全长序列;利用多种生物信息学软件对该基因编码的氨基酸序列进行结构预测、序列比对和进化树分析;利用qRT-PCR技术检测该基因在1、5、10、15、20、25和30日龄工蜂各组织中的表达情况。[结果]AcerOR141 cDNA全长为1 659 bp,ORF序列长度为1 299 bp,编码432个氨基酸,有7个跨膜结构且N端位于胞内,无信号肽,第184～421位氨基酸之间存在一个昆虫嗅觉受体7tm-6 superfamily的保守结构域。序列比对和进化树分析表明,AcerOR141与西方蜜蜂AmelOR141的亲缘关系最近,氨基酸序列一致性高达91%。荧光定量PCR结果显示,AcerOR141 mRNA在工蜂触角和头部的表达较高,且极显著高于其他组织(P<0.01);在胸、腹、足和翅膀中仅有微量的表达。[结论]克隆获得AcerOR141的全长cDNA序列,其编码产物具有昆虫嗅觉受体的典型结构特征;明确了该基因在中华蜜蜂成蜂触角和头部中有较高的表达,推测其表达产物为普通嗅觉受体蛋白,可能参与挥发性气味分子的识别过程。

腺苷酸环化酶3缺失下调小鼠嗅觉受体基因表达

主要嗅觉表皮组织(MOE)是哺乳动物感知气味分子的重要器官,气味诱导是嗅觉受体神经元(ORN)活动的起点,嗅觉受体(OR)结合气味分子后通过环腺苷酸(c AMP)信号通路向下游传递信号。腺苷酸环化酶3(AC3)是此通路中的重要分子。为了探讨AC3缺失对小鼠MOE内ORs基因表达的影响,本文以AC3敲除型小鼠(AC3-/-)和野生型小鼠(AC3+/+)为材料,采用荧光定量PCR(qRT-PCR)、荧光原位杂交(FISH)技术分析了部分ORs基因及与其相关因子在MOE中的表达。qRT-PCR表明,3月龄AC3-/-小鼠MOE中嗅觉受体Olfr15、Olfr16、Olfr533、Olfr536、Olfr1507和Olfr642的表达量均显著下降。出生后PND7、PND30和PND90三个不同发育时期的AC3-/-小鼠MOE原位杂交显示,嗅觉受体Olfr15、Olfr536和Olfr1507表达的细胞数目均减少。进一步qRTPCR分析发现,3月龄AC3-/-小鼠嗅觉受体相关因子Rtp1、Rtp2、Reep1、Lhx2、Emx2和Ric-8b的表达也均发生显著下调。由此推测,AC3缺失导致的ORs及其相关因子的表达下调可能是嗅觉行为障碍的原因之一。

基因组水平蝙蝠嗅觉受体基因的分子进化

翼手目动物(俗称蝙蝠)的食性分化显著,不同食性的蝙蝠具有显著不同的嗅球大小。为了研究嗅觉是否影响了蝙蝠食性的进化,我们利用网上已公布的10种蝙蝠基因组的数据,通过同源比对的方法鉴定出所有的嗅觉受体基因,并进行嗅觉受体基因亚家族的分类,进而比较嗅觉受体基因亚家族的数目差异。结果显示,蝙蝠的嗅觉受体基因与其它哺乳动物一样,都可以分为13个单系起源的亚家族;在Yinpterochiroptera亚目中,OR1/3/7、OR2/13、OR5/8/9等3个嗅觉受体亚家族在食果蝙蝠中均发生了不同程度的扩张,基因数目显著地多于食虫蝙蝠,提示嗅觉在食果蝙蝠取食过程中具有重要的作用。因此,本研究在基因组水平上重现了蝙蝠嗅觉受体基因的进化历史,揭示了3个嗅觉受体基因亚家族的功能可能与食果蝙蝠的食性相关,突出了嗅觉对动物食性的重要作用。

刀鲚嗅觉受体基因MOR-51I2克隆、序列分析及组织表达

为研究刀鲚的嗅觉受体(Olfactory receptor,OR)是否参与其生殖洄游过程,利用基因组步移技术,从洄游型刀鲚(Coilia nasus)中克隆出嗅觉受体基因MOR-51I2的基因序列全长。该基因为单外显子结构,编码区长为999 bp。在3′UTR区域具有一段微卫星序列,以(AC)n为重复单位,并夹有若干T或G碱基,且在不同生态型间具有明显长度差异。MOR-51I2基因所编码的蛋白具有7次疏水性α-螺旋的跨膜结构,为G-蛋白偶联受体。MOR-51I2基因与已报道的其他鱼类的OR基因所编码的氨基酸序列的同源性在51%以上,其中与大西洋鲱(Clupea harengus)的OR51I2-like基因的同源性高达83%。经q RT-PCR分析显示,在定居型刀鲚中,MOR-51I2基因主要在嗅囊和性腺中表达,在肝脏、鳃、肌肉微弱表达,在心脏和眼睛中几乎不表达。其中,雌性嗅囊中的表达量约是雄性嗅囊中的2倍,是精巢和卵巢中的80—100倍。在洄游型刀鲚中,该基因在雄性嗅囊的表达量约是雌性嗅囊中的6倍。MOR-51I2基因在洄游型刀鲚的雌性嗅囊中的表达量约是定居型刀鲚的雌性嗅囊中的1/5,而在洄游型刀鲚的雄性嗅囊中的表达量却是定居型刀鲚的雄性嗅囊中的3倍。这些结果表明,MOR-51I2基因不但参与刀鲚的嗅觉功能,而且可能参与了刀鲚的性腺发育及生殖洄游过程,同时也可能与其生态型的分化相关。

大鼠面神经干缺血后面运动核团中嗅觉受体基因的表达

目的:分析大鼠面神经干缺血缺氧对嗅觉受体(OR)基因表达水平的影响。方法:手术阻断大鼠鼓室段的岩动脉复制大鼠单侧面神经缺血模型,将手术侧作为观察组,对侧作为对照组,分别于术后第1、7及14天取大鼠双侧面运动神经核团,采用基因芯片筛选出观察组表达量高于对照组3倍以上的OR基因,采用RTPCR法进行验证。结果:基因芯片扫描筛选出观察组面神经运动核团中表达量高于对照组3倍以上的OR基因为Olr400、Olr358、Olr757、Olr1689及Olr550,术后第1天及第7天,观察组Olr400、Olr757及Olr358的表达量均显著高于对照组,Olr550、Olr1689表达量显著低于对照组(P<0.01);术后第14天,两组Olr400、Olr757、Olr358、Olr550及Olr1689表达量比较,差异无统计学意义(P>0.05);经过RT-PCR法验证,上述5个OR基因在两组面神经运动核团的表达水平与基因芯片检测结果完全一致。结论:OR基因可能参与了面神经损伤的早期修复过程。

德国牧羊犬父母代与子代嗅觉受体基因序列分析与比较

目的了解德国牧羊犬父本和母本以及他们的子代之间嗅觉受体基因遗传相关规律。方法以常规PCR技术扩增德国牧羊犬父母代与子代嗅觉受体基因，并进行相关基因的序列分析、比较。结果与母本嗅觉受体基因相比，子代和父本之间的嗅觉受体基因差异变化较大。子代和父母本之间的碱基突变主要有T→C、G→C、A→G、CVT、G→T、T→A和G→A类型突变。有些突变导致氨基酸改变。结论本文结果对CfOLF基因的多态性分析及对品种内的遗传规律研究有非常重要的意义。

基于Sequenom MassARRAY SNP技术检测嗅觉受体基因与工作犬嗅探能力的关联性研究

目的开展嗅觉受体基因(OR)的单核苷酸多态性(SNP)与工作犬嗅探能力之间的关联性研究。方法应用Sequenom MassARRAY SNP技术,对OR基因的单核苷酸多态性(SNP)位点进行检测,并分析不同SNP基因型与工作犬嗅探能力之间的关联性。结果建立的Sequenom MassARRAY SNP检测OR基因分型技术方法,68个SNP位点在史宾格犬、拉布拉多犬和德国牧羊犬3个犬种中检出率在90%以上;显示与工作犬的嗅探能力呈一般统计学意义上显著相关(P<0.05)的SNP位点有23个,但经过多重检验bonferroni (BONF)法和FDR_BH法校正后,表明COR52AC1_436、rs850523383、CfOR0149_364和CfOR0055_265这4个SNP位点与嗅探能力分别呈显著相关(P<0.05)和极显著相关(P<0.01)。结论筛选出显著影响工作犬嗅探能力的主效OR基因SNP位点4个,初步建立了一种适用于史宾格犬、拉布拉多犬和德国牧羊犬这3个工作犬种,鉴定其嗅探能力的分子遗传学检测方法。

上海交通大学基础医学院李乾课题组揭示嗅觉神经元亚群中受体基因表达的调控机制

2021年6月,上海交通大学基础医学院李乾研究员团队在Nature Communications上在线发表了题为“Coordination of two enhancers drives expression of olfactory trace amine-associated receptors”的研究论文。研究者以痕量胺相关受体(trace amine-associated receptor,TAAR)嗅觉子系统为研究模型,对TAAR嗅觉神经元亚群的发育及其中TAAR基因表达的调控机制进行解析,发现了2个新的增强子能够特异地调控整个TAAR基因家族的表达。该研究工作为理解嗅觉神经元亚群的发育和其中嗅觉受体基因家族表达调控提供了新的思路。

2个新的鳞翅目OR83b类化感蛋白基因的克隆和序列分析

【目的】分离和克隆昆虫触角中一类非常保守的嗅觉受体蛋白基因全序列。【方法】采用简并引物反转录多聚酶链式反应(RT-PCR)和cDNA末端快速扩增(RACE)技术克隆基因,用生物信息学方法对获得的cDNA全序列及推导的氨基酸序列进行分析。【结果】从甜菜夜蛾(Spodoptera exigua Hübner)和斜纹夜蛾[Spodoptera litura(Fabricius)]雄蛾触角中扩增得到2个分别为1906bp和2483bp的OR83类化感蛋白基因的cDNA,开放阅读框(ORF)编码473个氨基酸,命名为SexiOR2和SlitOR2。通过在GenBank中进行序列的同源性比较,发现这2个鳞翅目化感蛋白新序列与已知蛾类昆虫的OR83b类化感蛋白氨基酸序列具较高的同源性。【结论】明确了所获得的2个鳞翅目蛋白新序列属于OR83b类化感蛋白。

腺苷酸环化酶3缺失对小鼠主要嗅觉表皮组织内DNA甲基化的影响

腺苷酸环化酶3 (adenylate cyclaseⅢ,AC3)是嗅觉系统中的重要成分,AC3缺失后小鼠的主要嗅觉表皮组织(main olfactory epidermal,MOE)随年龄增长逐渐变薄,MOE内基因表达谱发生改变. DNA甲基化在动物发育、基因表达调控中具有重要作用.为了探讨AC3缺失后小鼠MOE内基因启动子甲基化水平的改变以及对基因表达的影响,本文采用DNA甲基化免疫共沉淀芯片(methylated DNA immunoprecipitation chip,MeDIP-chip)筛选AC3缺失小鼠MOE内启动子区甲基化差异表达基因,利用甲基化特异PCR (methylation-specific PCR,MSP)、实时荧光定量PCR (qRT-PCR)进一步检测部分甲基化差异基因的DNA甲基化水平改变和表达差异.结果表明,AC3缺失小鼠中有1 978个基因启动子的甲基化水平发生了改变,占总探针数的9%,其中727个基因启动子甲基化水平升高,1 251个甲基化水平降低.功能分析表明,这些启动子甲基化发生改变的基因主要涉及的功能分别与嗅觉受体、神经发育、cAMP信号通路、ATP结合、钙离子调控、乙酰化修饰、转录因子等相关. MSP检测表明,嗅觉受体基因Olfr1153、Olfr231、Olfr378、Olfr651、Olfr691启动子区的甲基化水平升高,Cngb1、Pde4a和Olfr1394基因启动子区的甲基化水平降低. qRT-PCR结果显示,基因Cngb1、Hcn4、Olfm1、Olfr1394、Olfr1153、Olfr231、Olfr378、Olfr691的表达水平显著下降,而Pde4a和Olfr651基因的表达水平显著升高.总之,AC3缺失后MOE内嗅觉受体基因、神经发育相关基因、cAMP信号通路等相关基因启动子甲基化水平发生显著改变,影响核苷酸切除修复、DNA复制、错配修复等信号通路的传导,从而综合调控小鼠MOE内的基因表达数量和水平.

斑翅果蝇Orco基因的生物信息学分析

对斑翅果蝇非典型嗅觉受体(Orco)基因的理化性质、亚细胞定位、跨膜结构、信号肽、磷酸化位点、保守结构域、亲疏水性、蛋白功能、二级和三级结构及同源进化等进行分析.结果显示,斑翅果蝇Orco基因编码的蛋白质有486个氨基酸,相对分子质量为54 271.14 u,等电点为8.69.亚细胞主要定位于其他细胞器,不属于分泌蛋白;无信号肽序列,有7个跨膜结构和1个Pfam 7tm_6的结构域;Orco蛋白的二级结构中,α螺旋占50.21%,直链延伸占20.16%,β转角占8.64%,无规则卷曲占20.99%;三级结构主要由α螺旋和无规则卷曲缠绕折叠形成.

丁香精油和茉莉精油对抑郁症小鼠的治疗效果及其作用机制

目的:研究芳香物质对抑郁症的治疗效果及其作用机制。方法:首先选取多项生理指标相近的C57BL/6J小鼠45只,随机选取其中8只作为正常组,其余小鼠采用慢性不可预知轻度应激模型(CUMS)和孤养建立抑郁模型。28 d后筛选出造模成功的32只小鼠并随机分为4组,丁香组、茉莉组和蒸馏水组分别采用丁香精油、茉莉精油及蒸馏水雾化治疗,抑郁组与正常组不给予任何治疗,正常饲养。治疗完毕后测试每组小鼠的体质量、悬尾不动时间百分比、强迫游泳不动时间百分比、血5羟色胺(5-HT)浓度及13个嗅觉受体(OR)基因(MOR11、MOR1、MOR124、MOR16、MOR378、MOR544、MOR19、MOR744、MOR63、MOR148、MOR9、MOR151和MOR15)表达水平。结果:小鼠抑郁模型造模成功。治疗后,丁香组和正常组小鼠体质量、悬尾不动时间百分比、强迫游泳不动时间百分比及血清5-HT浓度差异无统计学意义(P>0.05),但和抑郁组及蒸馏水组比,这4项指标显著降低(P<0.05)。茉莉组小鼠与正常组比除体质量差异无统计学意义(P>0.05),其余指标均显著升高(P<0.05),和抑郁组及蒸馏水组比,除体质量显著升高外,其余指标差异无统计学意义(P>0.05)。蒸馏水组与抑郁组小鼠这4项指标差异无统计学意义。荧光定量PCR结果显示,小鼠抑郁之后,除MOR11外,其余12个OR基因表达水平显著降低。治疗后,与正常组比,丁香组小鼠中有8个基因(MOR11、MOR124、MOR15、MOR16、MOR378、MOR63、MOR744、MOR1)表达水平显著升高(P<0.05),3个基因(MOR19、MOR151、MOR544)表达水平差异无统计学意义(P>0.05),2个基因(MOR148、MOR9)表达水平明显下降(P<0.05);茉莉组小鼠中则只有2个基因(MOR744、MOR1)表达水平显著升高(P<0.05),3个基因(MOR11、MOR63、MOR151)表达水平差异无统计学意义(P>0.05),其余基因(MOR124、MOR15、MOR16、MOR19、MOR378、MOR544、MOR148、MOR9)表达水平显著下降(P<0.05);蒸馏水组小鼠有4个基因(MOR11、MOR63、MOR744、MOR1)表达水平显著升高(P<0.05),4个基因(MOR124、MOR16、MOR378、MOR151)表达水平差异无统计学意义(P>0.05),其余基因(MOR15、MOR19、MOR544、MOR148、MOR9)表达水平显著下降(P<0.05)。结论:丁香精油雾化治疗抑郁症效果较好,蒸馏水雾化基本上没有任何效果,茉莉精油雾化治疗抑郁症效果较差。芳香物治疗抑郁症效果与动物嗅觉受体基因表达水平关系密切。

刀鲚MOR-2AK2的克隆、序列分析及组织表达

嗅觉是鱼类感知周围环境的重要工具,可能参与生殖洄游的过程。嗅觉由嗅觉受体（olfactory receptor）基因所编码的受体蛋白识别气味分子所引发,主嗅觉受体（MOR）基因是数量最大的一类嗅觉基因,可识别水溶性气味分子。为了弄清刀鲚定居型与洄游型种群的主嗅觉基因差异,本研究通过RACE技术获得了洄游型刀鲚MOR-2AK2基因,其开放阅读框长度972 bp,为单外显子结构,可编码323个氨基酸残基。预测表明,MOR-2AK2基因所编码的蛋白为7个疏水性的α-螺旋跨膜结构,属于G-蛋白偶联受体。对10种组织所作的定量分析表明,MOR–2AK2基因在嗅囊和性腺中的表达量远远高于其他组织器官,并且嗅囊中的表达量还高于性腺中的7~25倍。MOR–2AK2基因的表达量也存在性别差异,其中雌性嗅囊中的表达量约为雄性中的2倍,但精巢中的表达量却约是卵巢中的2倍。序列分析显示,MOR–2AK2基因的5′-UTR区域存在着一段微卫星序列（GT）5,其中定居型多出洄游型14个碱基（GTGTGTGTGTGTTT）,这导致了二者所编码的氨基酸序列的相似度仅为84%。这些结果表明,MOR–2AK2基因不但与嗅觉功能有关,也可能参与了刀鲚的性腺发育或生殖洄游过程,同时也可能与定居型种群的形成相关。

人类“臭味难相投”

人类的嗅觉受体基因是否为伪基因在不同个体上有很大的歧异性，这就导致了我们很难找到一个“臭味相投”的人。

Wolbachia感染显著提高果蝇的嗅觉反应

以拟果蝇Drosophila simulans为研究对象,采用嗅觉陷阱并结合T-迷宫法测定了Wolbachia感染对果蝇嗅觉反应的影响.同时,采用定量PCR方法,研究了果蝇嗅觉反应能力与其体内Wolbachia的密度和4个嗅觉相关基因表达的关系.结果表明,Wolbachia感染能够显著提高果蝇的嗅觉反应能力,表现为寻找食物的时间缩短,被陷阱捕获的百分比增大,对气味更加敏感.随着嗅觉反应时间的延长,果蝇体内的Wolbachia密度呈减少的趋势.15日龄果蝇体内的Wolbachia密度,在不同嗅觉反应时间的果蝇体内存在显著差异,果蝇体内Wolbachia的密度越高,嗅觉反应能力越强.嗅觉反应能力强的果蝇,其体内嗅觉受体基因or83b的表达量显著高于嗅觉反应能力差的果蝇.结果表明,Wolbachia可能通过调节宿主嗅觉相关基因的表达,从而提高宿主的嗅觉反应能力.