Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Gia đình gen Protein Liên kết Mùi từ Bộ gen của Nhộng Tằm, Bombyx mori
Tóm tắt
Các hệ thống cảm giác hóa học đóng vai trò quan trọng trong sự sống sót và thành công sinh sản của côn trùng. Sự cảm nhận hóa học ở côn trùng được điều hòa bởi hai siêu gia đình gen lớn và đa dạng, đó là các thụ thể hóa học và các protein liên kết mùi (OBPs). OBPs được cho là có nhiệm vụ vận chuyển các phân tử mùi không phân cực từ môi trường tới các thụ thể khứu giác. Chúng tôi đã xác định một gia đình gen giống OBP trong bộ gen của nhộng tằm và đặc trưng hóa sự biểu hiện của chúng bằng cách sử dụng vi mạch oligonucleotide. Tổng cộng có bốn mươi bốn gen OBP đã được chú thích, số lượng này tương đương với 57 OBPs được biết đến từ Anopheles gambiae và 51 từ Drosophila melanogaster. Như đã thấy trong các bộ gen côn trùng đã được giải mã hoàn toàn khác, hầu hết các gen OBP của nhộng tằm xuất hiện trong các cụm lớn. Chúng tôi đã xác định sáu tiểu gia đình OBPs, mỗi tiểu gia đình cho thấy sự mở rộng và đa dạng hóa đặc hiệu theo dòng dõi. Dữ liệu EST và hồ sơ biểu hiện OBP từ nhiều mô của ấu trùng ở ngày thứ ba của giai đoạn năm cho thấy rằng nhiều OBPs được biểu hiện trong các mô cảm giác hóa học mặc dù một số OBPs được biểu hiện một cách phổ biến và các OBPs khác thì chỉ được biểu hiện ở các mô không thuộc cảm giác hóa học. Một số OBP không điển hình được biểu hiện suốt quá trình phát triển. Những kết quả này cho thấy rằng, mặc dù nhiều OBPs là đặc hiệu cho cảm giác hóa học, nhưng một số khác có thể có các vai trò sinh lý chung hơn. Nhộng tằm sở hữu một số gen OBPs tương tự như các côn trùng khác. Các hồ sơ biểu hiện của chúng gợi ý rằng nhiều OBPs có thể tham gia vào khứu giác và vị giác cũng như là các chất mang phân tử không phân cực. Sự mở rộng của các tiểu gia đình gen OBP và sự khác biệt trình tự cho thấy rằng gia đình OBP của nhộng tằm đã có được sự đa dạng chức năng song song với các ràng buộc chức năng. Nghiên cứu sâu hơn về các OBPs của nhộng tằm có thể mang lại hiểu biết về vai trò của OBPs trong sự cảm nhận hóa học.
Từ khóa
#OBP #cảm giác hóa học #nhộng tằm #Bombyx mori #protein liên kết mùi #gen côn trùngTài liệu tham khảo
Pelosi P: Perireceptor events in olfaction. J Neurobiol. 1996, 30: 3-19. 10.1002/(SICI)1097-4695(199605)30:1<3::AID-NEU2>3.0.CO;2-A.
Pelosi P: Odorant-binding proteins: structural aspects. Ann NY Acad Sci. 1998, 855: 281-293. 10.1111/j.1749-6632.1998.tb10584.x.
Steinbrecht RA: Odorant-binding proteins: expression and function. Ann NY Acad Sci. 1998, 855: 323-332. 10.1111/j.1749-6632.1998.tb10591.x.
Krieger J, Breer H: Olfactory reception in invertebrates. Science. 1999, 286: 720-723. 10.1126/science.286.5440.720.
Pelosi P: Odorant-binding proteins. Crit Rev Biochem Mol Biol. 1994, 29 (3): 199-228. 10.3109/10409239409086801.
Vogt RG, Riddiford LM: Pheromone binding and inactivation by moth antennae. Nature. 1981, 293: 161-163. 10.1038/293161a0.
Plettner E, Lazar J, Prestwich EG, Prestwich GD: Discrimination of pheromone enantiomers by two pheromone binding proteins from the gypsy moth Lymantria dispar. Biochemistry. 2000, 39: 8953-8962. 10.1021/bi000461x.
Pophof B: Pheromone-binding proteins contribute to the activation of olfactory receptor neurons in the silkmoths Antheraea polyphemus and Bombyx mori. Chem Senses. 2004, 29: 117-125. 10.1093/chemse/bjh012.
Grosse-Wilde E, Svatos A, Krieger JA: pheromone binding protein mediates the bombykol-induced activation of a pheromone receptor in vitro. Chem Senses. 2006, 31: 547-555. 10.1093/chemse/bjj059.
Syed Z, Ishida Y, Taylor K, Kimbrell DA, Leal WS: Pheromone reception in fruit flies expressing a moth's odorant receptor. Proc Natl Acad Sci USA. 2006, 103: 16538-16543. 10.1073/pnas.0607874103.
Kim MS, Repp A, Smith DP: LUSH odorant-binding protein mediates chemosensory responses to alcohols in Drosophila melanogaster. Genetics. 1998, 150: 711-721.
Wang Y, Wright NJD, Guo HF, Xie Z, Svoboda K, Malinow R, Smith DP, Zhong Y: Genetic manipulation of the odor-evoked distributed neural activity in the Drosophila mushroom body. Neuron. 2001, 29: 267-276. 10.1016/S0896-6273(01)00196-9.
Xu PX, Atkinson R, Jones DN, Smith DP: Drosophila OBP LUSH is required for activity of pheromone-sensitive neurons. Neuron. 2005, 45: 193-200. 10.1016/j.neuron.2004.12.031.
Laughlin JD, Ha TS, Jones DN, Smith DP: Activation of pheromone-sensitive neurons is mediated by conformational activation of Pheromone-Binding Protein. Cell. 2008, 133: 1255-1265. 10.1016/j.cell.2008.04.046.
Matsuo T, Sugaya S, Yasukawa J, Aigaki T, Fuyama Y: Odorant-binding proteins OBP57d and OBP57e affect taste perception and host-plant preference in Drosophila sechellia. PLoS Biol. 2007, 5: e118-10.1371/journal.pbio.0050118.
Wang P, Lyman RF, Shabalina SA, Mackay TF, Anholt RR: Association of Polymorphisms in Odorant-Binding Protein Genes With Variation in Olfactory Response to Benzaldehyde in Drosophila. Genetics. 2007, 177: 1655-1665. 10.1534/genetics.107.079731.
Krieger MJ, Ross KG: Identification of a major gene regulating complex social behavior. Science. 2002, 295: 328-332. 10.1126/science.1065247.
Galindo K, Smith DP: A large family of divergent odorant-binding proteins expressed in gustatory and olfactory sensilla. Genetics. 2001, 159: 1059-1072.
Hekmat-Scafe DS, Scafe CR, McKinney AJ, Tanouye MA: Genome-wide analysis of the odorant-binding protein gene family in Drosophila melanogaster. Genome Res. 2002, 12: 1357-1369. 10.1101/gr.239402.
Hill CA, Fox AN, Pitts RJ, Kent LB, Tan PL, Chrystal MA, Cravchik AF, Collins H, Robertson HM, Zwiebel LJ: G-protein-coupled receptors in Anopheles gambiae. Science. 2002, 298: 176-178. 10.1126/science.1076196.
Robertson H, Warr C, Carlson J: Molecular evolution of the insect chemoreceptor gene superfamily in Drosophila melanogaster. Proc Natl Acad Sci USA. 2003, 100: 14537-14542. 10.1073/pnas.2335847100.
Xu P, Zwiebel L, Smith D: Identification of a distinct family of genes encoding atypical odorant-binding proteins in the malaria vector mosquito, Anopheles gambiae. Insect Mol Biol. 2003, 12: 549-560. 10.1046/j.1365-2583.2003.00440.x.
Forêt S, Maleszka R: Function and evolution of a gene family encoding odorant binding-like proteins in a social insect, the honey bee (Apis mellifera). Genome Res. 2006, 16: 1404-1413. 10.1101/gr.5075706.
Robertson HM, Wanner KW: The chemoreceptor superfamily in the honey bee Apis mellifera: Expansion of the odorant, but not gustatory, receptor family. Genome Res. 2006, 16: 1395-1403. 10.1101/gr.5057506.
Prasad B, Reed R: Chemosensation: Molecular mechanisms in worms and mammals. Trends Genet. 1999, 15: 150-153. 10.1016/S0168-9525(99)01695-9.
Löbel D, Jacob M, Volkner M, Breer H: Odorants of different chemical classes interact with distinct odorant binding protein subtypes. Chem Senses. 2002, 27: 39-44. 10.1093/chemse/27.1.39.
Paesen G, Happ G: The B proteins secreted by the tubular accessory sex glands of the male mealworm beetle, Tenebrio molitor, have sequence similarity to moth pheromone-binding proteins. Insect Biochem Mol Biol. 1995, 25: 401-408. 10.1016/0965-1748(94)00085-V.
Thymianou S, Mavroidis M, Kokolakis G, Komitopoulou K, Zacharopoulou A, Mintzas A: Cloning and characterization of a cDNA encoding a male-specific serum protein of the Mediterranean fruit fly, Ceratitis capitata, with sequence similarity to odourant-binding proteins. Insect Mol Biol. 1998, 7: 345-353. 10.1046/j.1365-2583.1998.740345.x.
Paiva-Silva G, Sorgine M, Benedetti C, Meneghini R, Almeida I, Machado E, Dansa-Petretski M, Yepiz-Plascencia G, Law J, Oliveira P, Masuda H: On the biosynthesis of Rhodnius prolixus heme-binding protein. Insect Biochem Mol Biol. 2002, 32: 1533-1541. 10.1016/S0965-1748(02)00074-7.
Butenandt A, Beckmann R, Stamm D, Hevker E: On the sex pheromone of the silkworm moth Bombyx mori. Isolation and structure. Z Naturforsch B. 1959, 14: 283-284.
Hildebrand JG, Shepherd GM: Mechanisms of olfactory discrimination: converging evidence for common principles across phyla. Annu Rev Neurosci. 1997, 20: 595-631. 10.1146/annurev.neuro.20.1.595.
Krieger J, von Nickisch-Rosenegk E, Mameli M, Pelosi P, Breer H: Binding proteins from the antennae of Bombyx mori. Insect Biochem Mol Bio. 1996, 26: 297-307. 10.1016/0965-1748(95)00096-8.
Pelosi P, Maida R: Odorant-binding proteins in insects. Comp Biochem Physiol B. 1995, 111: 503-514. 10.1016/0305-0491(95)00019-5.
Gong DP, Zhang HJ, Zhao P, Lin Y, Xia QY, Xiang ZH: Identification and expression pattern of the chemosensory protein gene family in the silkworm, Bombyx mori. Insect Biochemistry and Molecular Biology. 2007, 37: 266-277. 10.1016/j.ibmb.2006.11.012.
Wanner KW, Anderson AR, Trowell SC, Theilmann DA, Robertson HM, Newcomb RD: Female-biased expression of odourant receptor genes in the adult antennae of the silkworm, Bombyx mori. Insect Mol Biol. 2007, 16: 107-119. 10.1111/j.1365-2583.2007.00708.x.
Wanner KW, Robertson HM: The gustatory receptor family in the silkworm moth Bombyx mori is characterized by a large expansion of a single lineage of putative bitter receptors. Insect Mol Biol. 2008, 17: 621-629. 10.1111/j.1365-2583.2008.00836.x.
Nakagawa T, Sakurai T, Nishioka T, Touhara K: Insect sex-pheromone signals mediated by specific combinations of olfactory receptors. Science. 2005, 307: 1638-1642. 10.1126/science.1106267.
Sánchez-Gracia A, Aguadé M, Rozas J: Patterns of nucleotide polymorphism and divergence in the odorant-binding protein genes OS-E and OS-F: analysis in the melanogaster species subgroup of Drosophila. Genetics. 2003, 165: 1279-1288.
Sánchez-Gracia A, Rozas J: Unusual pattern of nucleotide sequence variation at the OS-E and OS-F genomic regions of Drosophila simulans. Genetics. 2007, 175: 1923-1935. 10.1534/genetics.106.068015.
Vieira FG, Sánchez-Gracia A, Rozas J: Comparative genomic analysis of the odorant-binding protein family in 12 Drosophila genomes: Purifying selection and birth-and-death evolution. Genome Biol. 2007, 8: R235-10.1186/gb-2007-8-11-r235.
Leal WS, Chen AM, Ishida Y, Chiang VP, Erickson ML, Morgan TI, Tsuruda JM: Kinetics and molecular properties of pheromone binding and release. Proc Natl Acad Sci USA. 2005, 102: 5386-5391. 10.1073/pnas.0501447102.
Campanacci V, Longhi S, Nagnan-Le MP, Cambillau C, Tegoni M: Recombinant pheromone binding protein 1 from Mamestra brassicae (MbraPBP1). Eur J Biochem. 1999, 264: 707-716. 10.1046/j.1432-1327.1999.00666.x.
Danty E, Briand L, Michard-Vanhee C, Perez V, Arnold G, Gaudemer O, Huet D, Huet JC, Ouali C, Masson C, Pernollet JC: Cloning and expression of a queen pheromone-binding protein in the honeybee: an olfactory-specific, developmentally regulated protein. J Neurosci. 1999, 19: 7468-7475.
Sandler BH, Nikonova L, Keal WS, Clardy J: Sexual attraction in the silkworm moth: structure of the pheromone-binding protein-bombykol complex. Chem Biol. 2000, 7: 143-151. 10.1016/S1074-5521(00)00078-8.
Ban L, Scaloni A, D'Ambrosio C, Zhang L, Yan Y, Pelosi P: Biochemical characterization and bacterial expression of an odorant-binding protein from Locusta migratoria. Cell Mol Life Sci. 2003, 60: 390-400. 10.1007/s000180300032.
Honson N, Johnson MA, Oliver JE, Prestwich GD, Plettner E: Structure-activity studies with pheromone-binding proteins of the gypsy moth, Lymantria dispar. Chem Senses. 2003, 28: 479-489. 10.1093/chemse/28.6.479.
Kruse SW, Zhao R, Smith DP, Jones DNM: Structure of a specific alcohol-binding site defined by the odorant binding protein LUSH from Drosophila melanogaster. Nat Struct Biol. 2003, 10: 694-700. 10.1038/nsb960.
Andronopoulou E, Labropoulou V, Douris V, Woods DF, Biessmann H, Iatrou K: Specific interactions among odorant-binding proteins of the African malaria vector Anopheles gambiae. Insect Mol Biol. 2006, 15: 797-811. 10.1111/j.1365-2583.2006.00685.x.
Kasang G, Kaissling KE, Vostrowsky O, Bestmann J: Bombykal, the second component of the Bombyx mori L. silkworm pheromone. Angew Chem. 1978, 90: 74-75. 10.1002/ange.19780900132.
Kasang G, Schneider D, Schäfer W: The silkworm moth Bombyx mori. Presence of the (E, E)-Stereoisomer of Bombykol in the female pheromone gland. Naturwissenschaften. 1978, 65: 337-338. 10.1007/BF00368376.
Maida J, Krieger T, Gebauer U, Lange U, Ziegelberger G: Three pheromone-binding proteins in olfactory sensilla of the two silkmoth species Antheraea polyphemus and Antheraea pernyi. Eur J Biochem. 2000, 267: 2899-2908. 10.1046/j.1432-1327.2000.01303.x.
Alisha RA, Wanner KW, Trowell SC, Warr CG, Jaquin-Joly E, Zagatti P, Robertson H, Newcomb RD: Molecular basis of female-specific odorant responses in Bombyx mori. Insect Biochemistry and Molecular Biology. 2009, 39: 189-197. 10.1016/j.ibmb.2008.11.002.
Shanbhag S, Park S, Pikielny C, Steinbrecht R: Gustatory organs of Drosophila melanogaster: Fine structure and expression of the putative odorant-binding protein PBPRP2. Cell Tissue Res. 2001, 304: 423-437. 10.1007/s004410100388.
Zhou J, Huang W, Zhang G, Pickett J, Field L: "Plus-C" odorant-binding protein genes in two Drosophila species and the malaria mosquito Anopheles gambiae. Gene. 2004, 327: 117-129. 10.1016/j.gene.2003.11.007.
Altschul S, Madden T, Schaffer A, Zhang J, Zhang Z, Miller W, Lipman D: Gapped BLAST and PSI-BLAST: A new generation of protein database search programs. Nucleic Acids Res. 1997, 25: 3389-3402. 10.1093/nar/25.17.3389.
Xia Q, Zhou Z, Lu C, Cheng D, Dai F, Li B, Zhao P, Zha X, Cheng T, Chai C, Pan G, Xu J, Liu C, Lin Y, Qian J, Hou Y, Wu Z, Li G, Pan M, Li C, Shen Y, Lan X, Yuan L, Li T, Xu H, Yang G, Wan Y, Zhu Y, Yu M, Shen W, Wu D, Xiang Z, Yu J, Wang J, Li R, Shi J, Li H, Li G, Su J, Wang X, Li G, Zhang Z, Wu Q, Li J, Zhang Q, Wei N, Xu J, Sun H, Dong L, Liu D, Zhao S, Zhao X, Meng Q, Lan F, Huang X, Li Y, Fang L, Li C, Li D, Sun Y, Zhang Z, Yang Z, Huang Y, Xi Y, Qi Q, He D, Huang H, Zhang X, Wang Z, Li W, Cao Y, Yu Y, Yu H, Li J, Ye J, Chen H, Zhou Y, Liu B, Wang J, Ye J, Ji H, Li S, Ni P, Zhang J, Zhang Y, Zheng H, Mao B, Wang W, Ye C, Li S, Wang J, Wong GK, Yang H: A draft sequence for the genome of the domesticated silkworm (Bombyx mori). Science. 2004, 306: 1937-1940. 10.1126/science.1102210.
Salamov A, Solovyev V: Ab initio gene finding in Drosophila genomic DNA. Genome Res. 2000, 10: 516-522. 10.1101/gr.10.4.516.
Bendtsen J, Nielsen H, von Heijne G, Brunak S: Improved prediction of signal peptides: SignalP 3.0. J Mol Biol. 2004, 340: 783-795. 10.1016/j.jmb.2004.05.028.
Thompson JD, Gibson TJ, Plewniak F, Jeanmougin F, Higgins DG: The CLUSTAL_X windows interface: flexible strategies for multiple sequence alignment aided by quality analysis tools. Nucleic Acids Res. 1997, 25: 4876-4882. 10.1093/nar/25.24.4876.
Lee D, Damberger F, Peng G, Horst R, Guntert P, Nikonova L, Leal W, Wuthrich K: NMR structure of the unliganded Bombyx mori pheromone-binding protein at physiological pH. FEBS Lett. 2002, 531: 314-318. 10.1016/S0014-5793(02)03548-2.
Felsenstein J: PHYLIP (Phylogeny Inference Package) version 3.65. 2005, Department of Genome Sciences, University of Washington, Seattle, WA
Tamura K, Dudley J, Nei M, Kumar S: MEGA4: Molecular Evolutionary Genetics Analysis (MEGA) Software Version 4.0. Mol Biol Evol. 2007, 24: 1596-1599. 10.1093/molbev/msm092.
Zhang Z, Li J, Wang J, Wong GK, Yu J: KaKs_Calculator: Calculating Ka and Ks through Model Selection and Model Averaging. Geno Prot Bioinfo. 2006, 4: 259-263. 10.1016/S1672-0229(07)60007-2.
Xia QY, Cheng DJ, Duan J, Wang GH, Cheng TC, Zha XF, Liu C, Zhao P, Dai FY, Zhang Z, He NJ, Zhang L, Xiang ZH: Microarray-based gene expression profiles in multiple tissues of the domesticated silkworm, Bombyx mori. Genome Biology. 2007, 8: R162-10.1186/gb-2007-8-8-r162.
Guo Y, Guo HY, Zhang L, Xie HY, Zhao X, Wang FX, Li Z, Wang YH, Ma SL, Tao JP, Wang WX, Zhou YX, Yang WP, Cheng J: Genomic analysis of anti-hepatitis B virus (HBV) activity by small interfering RNA and lamivudine in stable HBV-producing cells. J Virol. 2005, 79: 14392-14403. 10.1128/JVI.79.22.14392-14403.2005.
Eisen MB, Spellman PT, Brown PO, Botstein D: Cluster analysis and display of genome-wide expression patterns. Proc Natl Acad Sci. 1998, 95: 14863-14868. 10.1073/pnas.95.25.14863.
Livak KJ, Schmittgen TD: Analysis of relative gene expression data using real-time PCR and the the 2(-Delta Delta C(T)) method. Methods. 2001, 25: 402-408. 10.1006/meth.2001.1262.