专题综述1)国家自然科学基金倾斜项目(39770498)和国家攀登计划项目(85231)资助。

2)作者为山东农业大学在职博士生。

收稿日期:1999209228昆虫气味结合蛋白研究进展1)刘　勇2)(浙江大学植保系　杭州　310029)倪汉祥(中国农业科学院植物保护研究所　北京　100094)胡　萃(浙江大学植保系　杭州　310029) 20世纪80年代后,人们开始探求昆虫对气味物质的感受机制。

随着昆虫行为学、生物化学、分子生物学以及昆虫电生理技术的飞速发展,自90年代开始,深入研究昆虫的嗅觉反应机理已有可能。

研究表明,昆虫触角中的气味结合蛋白(odo ran t 2b inding p ro tein 简称,OB P )在昆虫嗅觉反应过程中起重要作用[1]。

本文试从气味分子的化学结构及特征、OB P 的化学特性、生理功能及研究展望等方面作一综述,以期推动该领域的研究与发展。

1　气味分子的化学结构及特征明确气味分子的化学结构及特征,有助于确定气味结合蛋白的结构。

目前研究以鳞翅目昆虫居多,重点在其外激素。

鳞翅目昆虫性外激素结构同源性高,易于与其它气味区别。

它们大多由12～20个碳原子的非饱和碳链组成,线性排列,疏水性强;在1号位上具有醇、醛或酯的官能团;舞毒蛾L ym an tria d isp a r 的性外激素具有氧环结构,有对应体存在。

由于其大多为线状分子,结构上具有一定的灵活性,在水溶性的介质内,为了缩小同水分子的相互作用,碳氢链可能弯曲形成胶态分子团(m icelles )[1]。

植源气味分子的结构变化较大,包括醇、醛、酯、萜类、芳香族化合物及呋喃等。

昆虫的嗅觉反应器官对性外激素的反应具有较高的敏感性和特异性,对植物的一般气味组分(general odo rs )的敏感性和特异性较低。

2　昆虫气味结合蛋白昆虫OB P 是一类低分子量的酸性可溶性蛋白,主要具有以下特征[2～6]:(1)多肽链中有6个保守的半胱氨酸;(2)分子量较小,约为16KD a ;(3)蛋白质为酸性,等电点多在4.4～5.2之间;(4)多存在于昆虫触角嗅觉感受器的淋巴液中。

2.1　种类20世纪80年代初,人们对昆虫OB P 的研究是随动物学家研究人的嗅觉感受阈值时才逐步兴起的[7]。

研究昆虫的嗅觉反应,过去和现在皆是以其外激素为主,特别是性外激素。

昆虫第一个外激素结合蛋白(pherom one b inding p ro 2tein 简称,PB P )是在多音大蚕蛾A n theraea p olyp he m us 的触角嗅觉感受器的淋巴液中发现的[8]。

它是一类分子量约为16KD a 、等电点为4.7的可溶性蛋白,大量存在于其毛形感器的淋巴液中。

与目前所描述的昆虫结合蛋白具有相似的特点。

90年代初,通过分子克隆[2,4]和氨基酸微序列分析(m icro sequencing )法[9],一类新的气味结合蛋白被发现,称之为一般气味结合蛋白(general odo ran t 2b inding p ro tein s 简称,GOB P s )。

根据GOB P s 氨基酸序列的不同,把它分为两类:GOB P1和GOB P2。

因此昆虫OB P家族就包括了3个亚家族:PB P、GOB P1和GOB P2。

除鳞翅目外,其它昆虫中也发现了OB P,而且存在部位也不仅仅在触角中,如双翅目[10,11]、鞘翅目[12]、半翅目[13,14]和　目[15](见表1)。

由此可见,气味结合蛋白的存在具有普遍性。

2.2　昆虫气味结合蛋白的一般性质2.2.1　鳞翅目昆虫的气味结合蛋白鳞翅目昆虫OB P与脊椎动物的有着相近的分子量和等电点。

在变性条件下,PB P和GOB P的分子量为15～17KD a。

等电点在414～512之间。

而对于它们的空间结构则研究很少。

据报道,多音大蚕蛾的PB P为二聚体,家蚕B o m by x m ori的PB P为单体[16,17]。

目前已研究的鳞翅目昆虫的OB P见表2。

表1　目前已研究其气味结合蛋白的昆虫类别分类地位昆虫种类存在部位参考文献大蚕蛾科Saturniidae多音大蚕蛾A n theraea p olyp hernus触角9,29柞蚕A.p erny i触角2,3,30金星　叶槭大蚕蛾H y a lop hora cecrop ia触角9蚕蛾科Bom bycidae家蚕B o m by x m ori触角9,17,31天蛾科Sph ingidae烟草天蛾M and uca sex ta触角4,32毒蛾科L ynantriidae舞毒蛾L ym an tria d isp a r触角9,33黄杉合毒蛾O rgy ia p seud otsug a ta触角9夜蛾科N octuidae烟芽夜蛾H elioth is v irescens触角34甘蓝夜蛾M am estra brassicae触角24,35,36螟蛾科Pyralidae亚洲玉米螟O strin ia f u rnaca lis触角19欧洲玉米螟O.nubila lis触角19果蝇科D ro soph ilidae黑尾果蝇D rosop h ila m elanog aster触角5,6蚤蝇科Pho ridae伏蝇P hor m ia reg ina触角、味觉感器10实蝇科T rypetidae地中海实蝇Cera tits cap ita ta血淋巴11拟步甲科T enebri onisae黄粉甲T enebio m oliter雄性附腺12竹节虫科Phas m idae 棉杆　S ipy losae sipy lus触角15棒竹节虫科Bacunculidae Ca rausius m orasus触角、足15盲蝽科M iridae美国牧草盲蝽L y g us lineola ris触角13,142.2.2　其它昆虫的气味结合蛋白除鳞翅目昆虫外,其它昆虫的OB P研究较少。

T uccin i等[15]从棉杆　S ipy loid ea sipy lus 和Ca rausius m orosus的触角中纯化了2种特异性蛋白。

第一种分子量为19KD a,与大多数鳞翅目昆虫的PB P亚家族N端38个氨基酸中有8个相同;第二种分子量为17KD a,与GOB P1亚家族N端24个氨基酸有5个相同。

而且他们在C.m orosus的足中也发现了与鳞翅目昆虫OB P序列相似性较高的另一种蛋白;Paesen等[12]在黄粉甲T enebrio m olitor的雄性附腺中发现了与蛾类PB P序列相似的蛋白; T hym ianou等[11]发现地中海实蝇Cera tits cap2 ita ta的雄性特异性血清蛋白(m ale2specific serum p ro tein s,简称M SSP s)M SSP2Α与昆虫的OB P氨基酸序列极为相似;O zak i等[10]在伏蝇P hor m ia reg ina的味觉感受器中也发现了PB P家族成员。

所有这些都表明了该蛋白也可能在其它部位及其它感受器中出现。

许多学者在黑尾果蝇D rosop h ila m elanog aster中也发现了OB P的存在,有4个基因编码两类蛋白质。

尽管它与鳞翅目昆虫OB P的序列相似性较低,但因其都含有6个保守的半胱氨酸,也可以看成是OB P亚家族的成员[5,6]。

D icken s等[13,14]在美国牧草盲蝽L y g us lineola ris的雄虫中也发现了触角特异性蛋白(an tennal2specific p ro2 tein,简称LA P),分子量17KD a,其氨基酸N 端序列与其它OB P s相比无同源性。

而且明确了该蛋白的表达与嗅觉感受器的发育程度有关。

2.3　OB P氨基酸序列特点通过比较研究,昆虫OB P与脊椎动物OB P 无序列同源性,脊椎动物的OB P属于结合蛋白的一大家族。

在大多数鳞翅目昆虫中,PB P和GOB P的序列是非常保守的,GOB P的序列相似性为80%～100%,PB P的序列相似性也在50%～90%[1],而脊椎动物OB P的相似性普遍在30%～40%[18]。

氨基酸序列的相似性说明嗅觉器官所感受气味分子的结构的相似性。

在鳞翅目昆虫OB P的氨基酸全序列中,第39,70,74,117, 129和138位常为保守的半胱氨酸[19]。

表2　鳞翅目昆虫OBP的化学特性昆虫种类蛋白质类别名称分子量(KD a)等电点雌雄1)已知序列2)参考文献多音大蚕蛾PBP21A po l m15.7834143M1639,29A n theraea p olyp hernus GOBP21A po lf4.43M,F N(24)9柞蚕PBP21A PR2115.8264.54M1633A.p erny i PBP22A PR2216.0864.58M16630GOBP22A PR21016.1325.00M,F161家蚕PBP21Bmo r m16.004.9M,F N(35)9B o m by x m ori GOBP21Bmo rf2M,F N(22)17GOBP22Bmo rf1M,F N(25)9烟草天蛾PBP21M sexm15.7824.65M,F16832M and uca sex ta GOBP21M sexf216.3735.04M,F1624GOBP22M sexf116.9505.05M,F1664舞毒蛾PBP21L dis m115.000M1629,33L ym an tria d isp a r PBP22L dis m215.000M1629,33GOBP21L disf M,F N(18)9烟芽夜蛾PBP21H el2116.0425.12M16334H elioth is v irescens GOBP21H el21016.1075.01M ,F16334GOBP22H el21117.1554.93M,F16334金星　叶槭大蚕蛾PBP21H cec m M N(35)9H y a lop hora cecrop ia GOBP21H cecf M,F N(18)9黄杉合毒蛾PBP21Op sum M N(35)9O rgy ia p seud otsug a ta甘蓝夜蛾PBP21M bra116.1685.20M16735,36M am estra brasicae PBP22M bra215.9745.04M16135,36亚洲玉米螟PBP15.816219O strin ia f u rnaca lis欧洲玉米螟PBP15.816219O.nubila lis注:1)M:雄,F:雌;2)N:N端序列。