Đặc điểm phân tử và mô hình biểu hiện của một thụ thể mùi từ ruồi gây bệnh myiasis, Lucilia sericata (Diptera: Calliphoridae)

Parasitology Research - Tập 110 - Trang 843-851 - 2011
Xiang Wang1, Ming Zhong1, Jifang Wen1, Jifeng Cai2, Haiying Jiang1, Ying Liu1, Sanaa Mohamed Aly2,3, Feng Xiong2
1Department of Pathology, School of Basic Medical Sciences, Central South University, Changsha, China
2Department of Forensic Medicine, School of Basic Medical Sciences, Central South University, Changsha, China
3Department of Forensic Medicine, Faculty of Medicine, Suez Canal University, Ismailia, Egypt

Tóm tắt

Ruồi Lucilia sericata (Diptera: Calliphoridae) là một ectoparasite có điều kiện sống tự do, gây ra tình trạng myiasis ở cả người và động vật, dẫn đến những vấn đề sức khỏe nghiêm trọng cho con người và thiệt hại kinh tế trong ngành chăn nuôi. Giống như các loài côn trùng khác, khứu giác của loài này đóng vai trò quan trọng trong việc xác định vị trí ký chủ và có thể được trung gian bởi một họ thụ thể bảy màng. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã tách và đặc trưng hóa LserOR1, thành viên ứng cử viên đầu tiên của họ gen thụ thể mùi từ L. sericata. LserOR1 cho thấy độ bảo tồn axit amin cao với các đồng gen Or83b đã được xác định trước đó từ các loài côn trùng khác nhau. Các bản sao của LserOR1 được phát hiện trong các cơ quan khứu giác chính bao gồm các xúc giác và các vòi miệng hàm, cũng như trong các mô không liên quan đến khứu giác theo cách truyền thống như chân và vòi đẻ của con cái. Trong các nghiên cứu phát triển, một thử nghiệm PCR thời gian thực định lượng đã được phát triển và xác thực để xác định mức độ biểu hiện tương đối của LserOR1 trong nhiều giai đoạn. Ngược lại với mức biểu hiện cực kỳ cao ở giai đoạn trưởng thành, biểu hiện của LserOR1 đạt mức thấp nhất trong giai đoạn trứng, sau đó tăng lên mức đỉnh qua hai giai đoạn ấu trùng đầu tiên trước khi giảm trong giai đoạn ấu trùng thứ ba. Những kết quả này cho thấy thụ thể LserOR1 được biểu hiện rộng rãi có khả năng đóng vai trò thiết yếu trong các quá trình cảm nhận khứu giác trong suốt vòng đời của L. sericata. Nghiên cứu hiện tại cung cấp thông tin có thể hỗ trợ trong việc phát triển các chế phẩm chống ruồi mới bằng cách sử dụng các protein khứu giác làm mục tiêu phân tử.

Từ khóa

#Lucilia sericata #thụ thể mùi #myiasis #khứu giác #axit amin #nghiên cứu phát triển

Tài liệu tham khảo

Abdel-Latief M (2007) A family of chemoreceptors in Tribolium castaneum (Tenebrionidae: Coleoptera). PLoSOne 2:e1319 Ashworth JR, Wall R (1994) Responses of the sheep blowflies Lucilia sericata and L. cuprina to odour and the development of semiochemical baits. Med Vet Entomol 8:303–309 Barton Browne L (1960) The role of olfaction in the stimulation of oviposition in the blowfly, Phormia regina. J Insect Physiol 5:16–22 Benton R, Sachse S, Michnick SW, Vosshall LB (2006) Atypical membrane topology and heteromeric function of Drosophila odorant receptors in vivo. PLoS Biol 4:e20 Bisdorff B, Wall R (2008) Sheep blowfly strike risk and management in Great Britain: a survey of current practice. Med Vet Entomol 22:303–308 Bohbot J, Pitts RJ, Kwon HW, Rutzler M, Robertson HM, Zwiebel LJ (2007) Molecular characterization of the Aedes aegypti odorant receptor gene family. Insect Mol Biol 16:525–537 Boto T, Gomez-Diaz C, Alcorta E (2010) Expression analysis of the 3G-protein subunits, Galpha, Gbeta, and Ggamma, in the olfactory receptor organs of adult Drosophila melanogaster. Chem Senses 35:183–193 Cavusoglu T, Apan T, Eker E, Vargel I, Saray A (2009) Massive oculofacial myiasis infestation with Lucilia sericata. J Am Acad Dermatol 61:169–170 Chaiwong T, Sukontason K, Olson JK, Kurahashi H, Chaithong U, Sukontason KL (2008) Fine structure of the reproductive system of Chrysomya megacephala (Diptera: Calliphoridae): the external sexual organ. Parasitol Res 102:973–980 Clyne PJ, Warr CG, Freeman MR, Lessing D, Kim J, Carlson JR (1999) A novel family of divergent seven-transmembrane proteins: candidate odorant receptors in Drosophila. Neuron 22:327–338 Cobb M (1999) What and how do maggots smell? Biol Rev Camb Philos Soc 74:425–459 Daniel M, Sramova H, Zalabska E (1994) Lucilia sericata (Diptera: Calliphoridae) causing hospital-acquired myiasis of a traumatic wound. J Hosp Infect 28:149–152 Ditzen M, Pellegrino M, Vosshall LB (2008) Insect odorant receptors are molecular targets of the insect repellent DEET. Science 319:1838–1842 Fischer OA, Matlova L, Dvorska L, Svastova P, Bartl J, Weston RT, Pavlik I (2004) Blowflies Calliphora vicina and Lucilia sericata as passive vectors of Mycobacterium avium subsp. avium, M. a. paratuberculosis and M. a. hominissuis. Med Vet Entomol 18:116–122 Fishilevich E, Vosshall LB (2005) Genetic and functional subdivision of the Drosophila antennal lobe. Curr Biol 15:1548–1553 Gao Q, Chess A (1999) Identification of candidate Drosophila olfactory receptors from genomic DNA sequence. Genomics 60:31–39 Ginzinger DG (2002) Gene quantification using real-time quantitative PCR: an emerging technology hits the mainstream. Exp Hematol 30:503–512 Gomez-Diaz C, Martin F, Alcorta E (2004) The cAMP transduction cascade mediates olfactory reception in Drosophila melanogaster. Behav Genet 34:395–406 Greenberg B (1984) Two cases of human myiasis caused by Phaenicia sericata (Diptera: Calliphoridae) in Chicago area hospitals. J Med Entomol 21:615 Ha TS, Smith DP (2009) Odorant and pheromone receptors in insects. Front Cell Neurosci 3:10 Harvey B, Bakewell M, Felton T, Stafford K, Coles GC, Wall R (2010) Comparison of traps for the control of sheep blowfly in the U.K. Med Vet Entomol 24:210–213 Jones WD, Nguyen TA, Kloss B, Lee KJ, Vosshall LB (2005) Functional conservation of an insect odorant receptor gene across 250 million years of evolution. Curr Biol 15:R119–R121 Kain P, Chakraborty TS, Sundaram S, Siddiqi O, Rodrigues V, Hasan G (2008) Reduced odor responses from antennal neurons of G(q)alpha, phospholipase Cbeta, and rdgA mutants in Drosophila support a role for a phospholipid intermediate in insect olfactory transduction. J Neurosci 28:4745–4755 Krieger J, Klink O, Mohl C, Raming K, Breer H (2003) A candidate olfactory receptor subtype highly conserved across different insect orders. J Comp Physiol A Neuroethol Sens Neural Behav Physiol 189:519–526 Krieger J, Raming K, Dewer YM, Bette S, Conzelmann S, Breer H (2002) A divergent gene family encoding candidate olfactory receptors of the moth Heliothis virescens. Eur J Neurosci 16:619–628 Kutty SN, Pape T, Pont A, Wiegmann BM, Meier R (2008) The Muscoidea (Diptera: Calyptratae) are paraphyletic: evidence from four mitochondrial and four nuclear genes. Mol Phylogenet Evol 49:639–652 LéBlanc HN, Logan JG (2010) Exploiting insect olfaction in forensic entomology. In: Amendt J, Goff ML, Campobasso CP, Grassberger M (eds) Current concepts in forensic entomology. Springer, New York, pp 205–221 Laissue PP, Vosshall LB (2008) The olfactory sensory map in Drosophila. Adv Exp Med Biol 628:102–114 Lakes R, Pollack GS (1990) The development of the sensory organs of the legs in the blowfly, Phormia regina. Cell Tissue Res 259:93–103 Larkin MA, Blackshields G, Brown NP, Chenna R, McGettigan PA, McWilliam H, Valentin F, Wallace IM, Wilm A, Lopez R, Thompson JD, Gibson TJ, Higgins DG (2007) Clustal W and Clustal X version 2.0. Bioinformatics 23:2947–2948 Larsson MC, Domingos AI, Jones WD, Chiappe ME, Amrein H, Vosshall LB (2004) Or83b encodes a broadly expressed odorant receptor essential for Drosophila olfaction. Neuron 43:703–714 Livak KJ, Schmittgen TD (2001) Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2(−Delta Delta C(T)) Method. Methods 25:402–408 Lu B, Wang N, Xiao J, Xu Y, Murphy RW, Huang D (2009) Expression and evolutionary divergence of the non-conventional olfactory receptor in four species of fig wasp associated with one species of fig. BMC Evol Biol 9:43 Malpel S, Merlin C, Francois MC, Jacquin-Joly E (2008) Molecular identification and characterization of two new Lepidoptera chemoreceptors belonging to the Drosophila melanogaster OR83b family. Insect Mol Biol 17:587–596 Martin F, Charro MJ, Alcorta E (2001) Mutations affecting the cAMP transduction pathway modify olfaction in Drosophila. J Comp Physiol A 187:359–370 Mehlhorn H, Al-Rasheid KA, Abdel-Ghaffar F, Klimpel S, Pohle H (2010) Life cycle and attacks of ectoparasites on ruminants during the year in Central Europe: recommendations for treatment with insecticides (e.g., Butox). Parasitol Res 107:425–431 Melo AC, Rutzler M, Pitts RJ, Zwiebel LJ (2004) Identification of a chemosensory receptor from the yellow fever mosquito, Aedes aegypti that is highly conserved and expressed in olfactory and gustatory organs. Chem Senses 29:403–410 Ohguro H, Rudnicka-Nawrot M, Buczylko J, Zhao X, Taylor JA, Walsh KA, Palczewski K (1996) Structural and enzymatic aspects of rhodopsin phosphorylation. J Biol Chem 271:5215–5224 Pitts RJ, Fox AN, Zwiebel LJ (2004) A highly conserved candidate chemoreceptor expressed in both olfactory and gustatory tissues in the malaria vector Anopheles gambiae. Proc Natl Acad Sci U S A 101:5058–5063 Rützler M, Lu T, Zwiebel LJ (2006) Galpha encoding gene family of the malaria vector mosquito Anopheles gambiae: expression analysis and immunolocalization of AGalphaq and AGalphao in female antennae. J Comp Neurol 499:533–545 Rice M (1976) Contact chemoreceptors on the ovipositor of Lucilia cuprina (Wied.), the Australian sheep blowfly. Aust J Zool 24:353–360 Robertson HM, Wanner KW (2006) The chemoreceptor superfamily in the honey bee, Apis mellifera: expansion of the odorant, but not gustatory, receptor family. Genome Res 16:1395–1403 Sato K, Pellegrino M, Nakagawa T, Vosshall LB, Touhara K (2008) Insect olfactory receptors are heteromeric ligand-gated ion channels. Nature 452:1002–1006 Sato K, Touhara K (2009) Insect olfaction: receptors, signal transduction, and behavior. In: Meyerhof W, Korsching S (eds) Chemosensory systems in mammals, fishes, and insects. Springer, Heidelberg, pp 121–138 Scott K, Brady R Jr, Cravchik A, Morozov P, Rzhetsky A, Zuker C, Axel R (2001) A chemosensory gene family encoding candidate gustatory and olfactory receptors in Drosophila. Cell 104:661–673 Shanbhag SR, Muller B, Steinbrecht RA (1999) Atlas of olfactory organs of Drosophila melanogaster - 1. Types, external organization, innervation and distribution of olfactory sensilla. Int J Insect Morphol Embryol 28:377–397 Smart R, Kiely A, Beale M, Vargas E, Carraher C, Kralicek AV, Christie DL, Chen C, Newcomb RD, Warr CG (2008) Drosophila odorant receptors are novel seven transmembrane domain proteins that can signal independently of heterotrimeric G proteins. Insect Biochem Mol Biol 38:770–780 Smith KE, Wall R (1997) The use of carrion as breeding sites by the blowfly Lucilia sericata and other Calliphoridae. Med Vet Entomol 11:38–44 Snoep JJ, Sol J, Sampimon OC, Roeters N, Elbers AR, Scholten HW, Borgsteede FH (2002) Myiasis in sheep in The Netherlands. Vet Parasitol 106:357–363 Sonnhammer EL, Wootton JC (2001) Integrated graphical analysis of protein sequence features predicted from sequence composition. Proteins 45:262–273 Stocker RF (2001) Drosophila as a focus in olfactory research: mapping of olfactory sensilla by fine structure, odor specificity, odorant receptor expression, and central connectivity. Microsc Res Tech 55:284–296 Stocker RF (2009) The olfactory pathway of adult and larval Drosophila: conservation or adaptation to stage-specific needs? Ann N Y Acad Sci 1170:482–486 Tamura K, Dudley J, Nei M, Kumar S (2007) MEGA4: Molecular Evolutionary Genetics Analysis (MEGA) software version 4.0. Mol Biol Evol 24:1596–1599 Tsitoura P, Andronopoulou E, Tsikou D, Agalou A, Papakonstantinou MP, Kotzia GA, Labropoulou V, Swevers L, Georgoussi Z, Iatrou K (2010) Expression and membrane topology of Anopheles gambiae odorant receptors in lepidopteran insect cells. PLoS One 5:e15428 Van Wolk FMD (1978) The typology and topography of the tarsal chemoreceptors of the blow flies Calliphora vicina Robineau-Desvoidy and Phormia terranovae Robineau-Desvoidy and the Housefly Musca domestica L. J Morphol 157:201–209 Vosshall LB, Amrein H, Morozov PS, Rzhetsky A, Axel R (1999) A spatial map of olfactory receptor expression in the Drosophila antenna. Cell 96:725–736 Wall R, Warnes M (1994) Responses of the sheep blowfly Lucilia sericata to carrion odour and carbon dioxide. Entomol Exp Appl 73:239–246 Wallis DI (1962) Olfactory stimuli and oviposition in the blowfly, Phormia regina Meigen. J Exp Biol 39:603–615 Wanner KW, Anderson AR, Trowell SC, Theilmann DA, Robertson HM, Newcomb RD (2007) Female-biased expression of odourant receptor genes in the adult antennae of the silkworm, Bombyx mori. Insect Mol Biol 16:107–119 Wicher D, Schafer R, Bauernfeind R, Stensmyr MC, Heller R, Heinemann SH, Hansson BS (2008) Drosophila odorant receptors are both ligand-gated and cyclic-nucleotide-activated cation channels. Nature 452:1007–1011 Xia Y, Zwiebel LJ (2006) Identification and characterization of an odorant receptor from the West Nile virus mosquito, Culex quinquefasciatus. Insect Biochem Mol Biol 36:169–176 Zumpt F (1965) Myiasis in man and animals in the Old World. Butterworths, London