昆蟲離子型受體及其功能研究進(jìn)展

郭金夢(mèng), 董雙林

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院, 南京 210095)

昆蟲化學(xué)感受(包括味覺和嗅覺)在昆蟲覓食、尋找配偶和選擇產(chǎn)卵部位以及躲避天敵等行為中起到重要的作用(Hansson and Stensmyr, 2011)。已知的昆蟲化學(xué)感受相關(guān)蛋白主要包括氣味結(jié)合蛋白(odorant binding protein, OBP)、氣味受體(odorant receptor, OR)、化學(xué)感受蛋白(chemosensory protein, CSP)、味覺受體(gustatory receptor, GR)、感覺神經(jīng)元膜蛋白(sensory neuron membrane protein, SNMP)、離子型受體(ionotropic receptor, IR)和氣味降解酶(odorant degrading enzyme, ODE)等(Eyunetal., 2017)。

IR由離子型谷氨酸受體(ionotropic glutamate receptor, iGluR)家族演化而來，是一類保守的配體門控離子通道(ligand-gated ion channel)，在配體分子與其結(jié)合后通道打開，導(dǎo)致膜內(nèi)外離子的流動(dòng)從而產(chǎn)生膜電位。Benton等(2009)基于生物信息學(xué)手段從黑腹果蠅Drosophilamelanogaster基因組中鑒定了61個(gè)IR，此后隨著基因組和轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，其他很多種昆蟲的IR也相繼被鑒定。然而，有關(guān)IR的功能研究主要集中在果蠅，其他昆蟲中很少報(bào)道。早期研究證實(shí)，昆蟲IR是酸、胺等揮發(fā)性物質(zhì)的受體，但近年發(fā)現(xiàn)IR還可以感知其他氣味物質(zhì)，并參與包括味覺、溫度感受和濕度感受等嗅覺以外的感受。本文從結(jié)構(gòu)、進(jìn)化、基因鑒定、感器和組織表達(dá)譜以及功能等方面，綜述了昆蟲IR的研究進(jìn)展，以期為深入研究昆蟲IR的功能、作用機(jī)制及在害蟲防治中的應(yīng)用提供參考。

1 IR的結(jié)構(gòu)特征及進(jìn)化

1.1 IR的結(jié)構(gòu)特征

根據(jù)序列特征、組織表達(dá)譜和系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系，IR分為兩個(gè)亞家族：觸角IR(antennal IR)和趨異IR(divergent IR)(Crosetetal., 2010)。觸角IR主要或僅在觸角中表達(dá)(Crosetetal., 2010)；趨異IR主要在觸角以外的組織中表達(dá)，在種內(nèi)和種間的保守性均較低。基于Clustal Omega多序列比對(duì)分析表明，果蠅中42個(gè)趨異IR(Crosetetal., 2010)間的氨基酸序列一致性低于55.48%， 42個(gè)果蠅趨異IR與18個(gè)棉鈴蟲Helicoverpaarmigera趨異IR(Liuetal., 2018)間的氨基酸序列一致性低于24.48%。每個(gè)IR至少需要一個(gè)共受體(co-receptor)才能發(fā)揮功能，IR共受體類似于嗅覺共受體(odorant receptor co-receptor, Orco)，只能和IR共表達(dá)來行使功能;迄今發(fā)現(xiàn)4個(gè)IR共受體(IR8a, IR25a, IR76b和IR93a)，在種間比較保守(Bentonetal., 2009; Silberingetal., 2011; Aietal., 2013)。

IR由iGluR進(jìn)化而來，兩者結(jié)構(gòu)類似。IR的結(jié)構(gòu)包括胞外的N端(N)和由S1與S2組成的配體結(jié)合域(ligand-binding domain, LBD)， 3個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域(TM1-TM3)，離子通道孔(P)，以及胞內(nèi)C端(C)。在果蠅的66個(gè)IR中，共受體IR8a和IR25a與iGluR相同，其N端還有一個(gè)氨基端結(jié)構(gòu)域(amino-terminal domain, ATD)；IR21a, IR40a, IR64a和IR93a的N端較長(zhǎng)(約400個(gè)氨基酸)，但與ATD的相似性極低；其他IR的N末端很短(約200個(gè)氨基酸)，缺少ATD序列(圖1)。果蠅66個(gè)IR間氨基酸序列的一致性約為10%～70%，因此不同IR可能具有不同的功能特點(diǎn)(Bentonetal., 2009; Rytzetal., 2013)。

與另外兩類化感受體OR和GR相比，IR有以下特點(diǎn)：(1)基因數(shù)目較少，通常低于相應(yīng)物種中OR和GR的數(shù)目(一些蜚蠊目昆蟲除外)；(2)跨膜結(jié)構(gòu)域較少，只有3個(gè)，而OR和GR通常有7個(gè)；(3)開放閱讀框較長(zhǎng)，多于500個(gè)甚至高達(dá)900多個(gè)氨基酸(Liuetal., 2018)，但OR和GR一般少于500個(gè)氨基酸。

1.2 IR的進(jìn)化及起源

基因復(fù)制是物種獲得新基因的主要途徑，不僅導(dǎo)致物種間基因數(shù)量的變異，還促進(jìn)了新種的形成。通過非等位基因同源重組形成的基因復(fù)制，是IR等大多數(shù)化感受體基因擴(kuò)增的普遍機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，鱗翅目IR家族中發(fā)生了大量的基因復(fù)制事件，表現(xiàn)為多個(gè)基因在同一條染色體上緊密串聯(lián)，并且?guī)缀跛械挠|角IR都是單拷貝(Liuetal., 2018)。此外，IR的基因丟失和假基因化現(xiàn)象也被證實(shí)(Crosetetal., 2010)。

比較基因組學(xué)研究可以揭示IR的起源。分析發(fā)現(xiàn)，IR存在于所有被研究的原口動(dòng)物，包括蛻皮動(dòng)物(例如線蟲和節(jié)肢動(dòng)物)和冠輪動(dòng)物(例如軟體動(dòng)物和環(huán)節(jié)動(dòng)物)，但在后口動(dòng)物、刺胞動(dòng)物門和扁盤動(dòng)物門中不存在(Crosetetal., 2010; Rytzetal., 2013)。不同物種中IR的數(shù)目差異很大，從秀麗隱桿線蟲Caenorhabditiselegans中的3個(gè)到甲殼動(dòng)物淡水枝角水蚤Daphniapulex中的85個(gè)(Rytzetal., 2013)以及德國(guó)小蠊Blattellagermanica中的800多個(gè)(Robertsonetal., 2018a)。iGluR廣泛存在于真核生物包括所有被分析的后生動(dòng)物(Metazoa)中，而IR25a是與iGluR序列最相似的IR，并且在原口動(dòng)物中高度保守，推測(cè)其可能是IR家族中最古老的成員(Crosetetal., 2010)。

早期研究認(rèn)為，IR40a,IR21a,IR76b和IR8a為昆蟲特有(Crosetetal., 2010)，但后來的研究發(fā)現(xiàn)，這些所謂的“昆蟲特異性”觸角IR的同源基因也存在于昆蟲以外的動(dòng)物中(Eyunetal., 2017)。如蜈蚣Strigamiamaritima中有IR8a和IR40a(Chipmanetal., 2014)，蜘蛛Dysderasilvatica中有IR21a和IR40a(Vizuetaetal., 2017)，真寬水蚤Eurytemoraaffinis和智利魚虱Caligusrogercresseyi中有IR8a和IR21a，鯉錨頭蚤L(zhǎng)ernaeacyprinacea中有IR76b(Eyunetal., 2017)。利用PhyML軟件采用最大似然法，我們對(duì)上述智利魚虱、真寬水蚤、鯉錨頭蚤和蜈蚣S.maritima4種非昆蟲動(dòng)物(根據(jù)文獻(xiàn)未找到蜘蛛的相應(yīng)序列)及6種昆蟲的同源基因的氨基酸序列進(jìn)行了進(jìn)化分析，發(fā)現(xiàn)所有昆蟲的同源基因聚在一起，而其他動(dòng)物的聚在一起，與其系統(tǒng)親緣關(guān)系相一致(圖2)。這類基因的進(jìn)化及其功能分化值得深入研究。

2 昆蟲IR的鑒定

隨著測(cè)序技術(shù)和生物信息學(xué)工具的快速發(fā)展，越來越多的昆蟲IR得以鑒定，這些昆蟲涉及鞘翅目、鱗翅目、雙翅目以及膜翅目等至少11個(gè)目160多種。表1列出了基于基因組數(shù)據(jù)鑒定的67種昆蟲的IR的數(shù)量。在這些IR中，只有黑腹果蠅等個(gè)別昆蟲的部分IR的功能得到研究，涉及嗅覺、味覺、聽覺及溫濕度感受(詳見下文“昆蟲IR的功能”)。另外，這些IR大多是基于基因組測(cè)序數(shù)據(jù)通過生物信息學(xué)分析所得，需要進(jìn)一步進(jìn)行克隆驗(yàn)證。從得到的基因組數(shù)據(jù)看，不同昆蟲IR基因的數(shù)量不同，東方蜜蜂Apiscerana、西方蜜蜂Apismellifera只有10個(gè)IR基因，德國(guó)小蠊中達(dá)到驚人的897個(gè)，但其中393個(gè)是假基因。在目水平上，半翅目和膜翅目的IR數(shù)量較少(麗蠅蛹集金小蜂Nasoniavitripennis例外)，一般20個(gè)左右；鱗翅目30～40個(gè)左右；蜚蠊目最多，5種昆蟲中最少的也有75個(gè)；雙翅目不同種昆蟲的IR數(shù)量變化較大(表1)。

3 昆蟲IR基因的感器和組織表達(dá)譜

IR基因在不同感器中的表達(dá)以果蠅中研究得最為清楚。果蠅成蟲觸角上著生有毛形感器(trichoid sensillum)、錐形感器(basiconic sensillum)和腔錐形感器(coeloconic sensillum)3種感器；腔錐形感器又分為4個(gè)亞型(ac1-ac4)，每個(gè)腔錐形感器含有2～3個(gè)嗅覺感覺神經(jīng)元(olfactory sensory neuron, OSN)(Yaoetal., 2005)。大量研究表明，果蠅觸角表達(dá)有16個(gè)IR，其中10個(gè)僅在腔錐形感器神經(jīng)元中表達(dá)，它們單獨(dú)或2～3個(gè)共表達(dá)于一個(gè)亞型中(Bentonetal., 2009; Crosetetal., 2010; Rytzetal., 2013)；4個(gè)IR基因(IR21a,IR40a,IR64a和IR93a)不在腔錐形感器中表達(dá)，而在觸角芒(arista)和感覺囊 (sacculus) 神經(jīng)元中表達(dá)； 另外2個(gè)共受體基因(IR8a和IR25a)在感覺囊和觸角的很多腔錐形感器中廣泛表達(dá)，IR25a還在觸角上的錐形感器和毛形感器中有微量表達(dá)(Bentonetal., 2009; Abuinetal., 2011)。此外，在果蠅唇瓣中，IR56a與GR66a在某些苦味感受的神經(jīng)元中共表達(dá)，GR5a,IR56b和IR56d在一些糖敏感的神經(jīng)元中共表達(dá)(Kohetal., 2014)。在其他昆蟲中，棉鈴蟲的IR8a和IR25a在成蟲觸角的腔錐形感器中表達(dá)(張夏瑄, 2018)；中紅側(cè)溝繭蜂Microplitismediator的IR8a則表達(dá)于具有嗅覺功能的板形感器內(nèi)(Wangetal., 2016)。

圖2 基于氨基酸序列最大似然法構(gòu)建的不同物種的IR8a, IR21a, IR40a和IR76b的系統(tǒng)發(fā)育樹

觸角IR基因主要在觸角中表達(dá)，而趨異IR基因主要在觸角以外的組織中表達(dá)。果蠅趨異IR基因中的IR20分支有35個(gè)IR基因，它們?cè)诖桨辍⒆?、咽和翅等不同的組織表達(dá)，其中IR47a,IR56a,IR56b,IR56d和IR94e在唇瓣中表達(dá)，IR52a在翅和足中表達(dá)(Kohetal., 2014; Heetal., 2019)。在亞洲小車蝗Oedaleusasiaticus中，IR25a和IR76b在主要化感組織中高表達(dá)，IR8a僅在觸角、下唇、下顎須和腹部有少量表達(dá)，其他3個(gè)IR基因(IR1,IR2和IR3)在大多被測(cè)組織中都有較高的表達(dá)(Zhouetal., 2019)。在棉鈴蟲中，80%以上的觸角IR基因在觸角中高表達(dá)(Liuetal., 2018)。在甜菜夜蛾Spodopteraexigua中，9個(gè)IR基因主要在觸角中表達(dá)，其中IR1.1和IR93a在雄蟲觸角中高表達(dá)，IR75p.1和IR41a在雌蟲觸角中表達(dá)較高(Duetal., 2018b)。在疆夜蛾P(guān)eridromasaucia中，IR75d和IR75q.2在雄蟲觸角中表達(dá)量較高，IR2,IR60a和IR68a在雌蟲觸角中表達(dá)較高(Sunetal., 2020)。在東方粘蟲Mythimnaseparata中，IR93a在嗅覺和非嗅覺組織中都有表達(dá)，但大多數(shù)IR基因主要在觸角中表達(dá)(Duetal., 2018a)。在小地老虎Agrotisipsilon中，14個(gè)IR基因主要在觸角中表達(dá)，其中IR12為雄蟲特異表達(dá)(Guetal., 2014)。IR基因不同的組織表達(dá)譜及性別差異，表明這些基因擔(dān)負(fù)不同的生理功能。

表1 基于基因組數(shù)據(jù)鑒定到的昆蟲離子型受體(IR)的數(shù)量(截至2020年3月)

續(xù)表1 Table 1 continued

4 昆蟲IR的功能研究方法

昆蟲IR的功能研究方法分為體外和體內(nèi)兩類。體外方法常用的有細(xì)胞系(人胚腎上皮細(xì)胞HEK293或昆蟲Sf9細(xì)胞系)和爪蟾卵母細(xì)胞(Xenopusoocyte)表達(dá)系統(tǒng)；體內(nèi)常采用果蠅空神經(jīng)元(empty neuron system)系統(tǒng)、RNA干擾和CRISPR-Cas9系統(tǒng)。

細(xì)胞系表達(dá)方法是通過將候選IR基因表達(dá)載體轉(zhuǎn)染到細(xì)胞系，結(jié)合鈣離子成像技術(shù)或膜片鉗技術(shù)檢測(cè)化合物刺激引起的細(xì)胞興奮信號(hào)，從而獲得IR的配體(Zhangetal., 2013)。爪蟾卵母細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)則是在非洲爪蟾卵母細(xì)胞中表達(dá)IR基因，通過雙電極電壓鉗系統(tǒng)(two-electrode voltage clamp, TEVC)記錄卵母細(xì)胞對(duì)不同化合物刺激的電生理反應(yīng)，獲得IR的配體(Aietal., 2013; Shanetal., 2019)。體外研究方法相對(duì)簡(jiǎn)單，但偏離昆蟲的活體生理環(huán)境，所得結(jié)果有時(shí)不能完全反映其真實(shí)情況。

體內(nèi)研究技術(shù)中，果蠅空神經(jīng)元系統(tǒng)是利用GAL4/UAS系統(tǒng)將外源候選IR基因特異性地表達(dá)在果蠅的空神經(jīng)元中，再利用單感器記錄(single-sensillum recording, SSR)技術(shù)測(cè)定轉(zhuǎn)基因后神經(jīng)元的電生理反應(yīng)，確定IR的配體化合物(Abuinetal., 2011; Grosjeanetal., 2011; Prieto-Godinoetal., 2017; Rimaletal., 2019)。該系統(tǒng)應(yīng)用于果蠅以外特別是雙翅目以外昆蟲的IR基因的研究時(shí)，同樣存在偏離本種昆蟲生理環(huán)境的缺點(diǎn)。RNA干擾是將靶基因同源的雙鏈RNA或者小分子RNA導(dǎo)入到細(xì)胞內(nèi)，干擾目的基因mRNA的翻譯使蛋白的表達(dá)量下降(Liuetal., 2010)。RNA干擾操作簡(jiǎn)便，但該方法很難徹底沉默目的基因的表達(dá)，并且在鱗翅目等昆蟲中的效果較差。CRISPR-Cas9技術(shù)則是在DNA水平上對(duì)目的基因進(jìn)行定點(diǎn)突變，從而徹底沉默目的基因的表達(dá)，所得結(jié)果更為明確和可靠，但步驟較為復(fù)雜，需要經(jīng)過多代篩選來獲得純合的昆蟲突變品系(Rajietal., 2019; Zhangetal., 2019)。

5 昆蟲IR的功能

5.1 嗅覺功能

IR可以特異性感受某些氣味，如氨氣、1,4-丁二胺、苯乙醛、丙醛和己醇等(Bentonetal., 2009)。研究發(fā)現(xiàn)，氨和揮發(fā)性胺對(duì)果蠅的吸引作用由表達(dá)IR92a的神經(jīng)元介導(dǎo)，沉默表達(dá)IR92a的神經(jīng)元或IR92a基因降低了胺誘發(fā)的生理和行為反應(yīng)(Minetal., 2013)。多胺(尤其是腐胺、精胺和亞精胺)為細(xì)胞生長(zhǎng)和增殖等必需，對(duì)于生殖過程尤其重要。多胺的含量在果實(shí)收獲后和發(fā)酵過程中顯著增加，因此果蠅喜食熟透或發(fā)酵的果實(shí)，攝入多胺可以提高其產(chǎn)卵量和孵化率。IR41a和IR76b共表達(dá)的神經(jīng)元對(duì)于調(diào)控多胺類物質(zhì)對(duì)果蠅的吸引作用必不可少(Hussainetal., 2016)。

酸類氣味的感受對(duì)于昆蟲選擇取食和產(chǎn)卵場(chǎng)所至關(guān)重要。果蠅對(duì)酸類化合物的反應(yīng)，在化合物低濃度時(shí)常表現(xiàn)為趨向，而高濃度時(shí)為忌避(Aietal., 2010; Chen and Amrein, 2017)。果蠅的4種腔錐形感器(ac1-ac4)均感受各種酸分子。在ac1中，IR31a和IR8a共表達(dá)的神經(jīng)元對(duì)2-氧代戊酸有反應(yīng)；在ac2中, IR75a和IR8a共表達(dá)的神經(jīng)元對(duì)乙酸有強(qiáng)烈反應(yīng)；在ac3中，IR75b和IR75c分別感知丁酸和丙酸，IR75b的LBD結(jié)構(gòu)中單一氨基酸(T523S)的差異導(dǎo)致其對(duì)己酸敏感；在ac4中，IR84a和IR8a共表達(dá)的神經(jīng)元對(duì)苯乙酸和苯乙醛有反應(yīng)(Abuinetal., 2011; Silberingetal., 2011; Prieto-Godinoetal., 2017)。此外，果蠅唇瓣苦味感受神經(jīng)元中IR7a的缺失，顯著降低果蠅對(duì)乙酸的反應(yīng)，但對(duì)其他有機(jī)酸(乙醇酸、檸檬酸、乳酸和丙酸)無(wú)影響(Rimaletal., 2019)。

果蠅的求偶行為由fruitless(fru)基因控制，翅中大多數(shù)表達(dá)IR52a的神經(jīng)元都表達(dá)fru。雄蟲IR52a的缺失導(dǎo)致雌雄間交配延遲、交配成功率降低，推測(cè)IR52a具有感受雌蟲和雄蟲信息素的作用(Heetal., 2019)。二氧化碳是昆蟲尋找宿主、產(chǎn)卵場(chǎng)所和食物的重要線索，但果蠅只有在覓食狀態(tài)時(shí)才被二氧化碳吸引，其中共受體IR25a為必需(van Breugeletal., 2018)。

除果蠅外，最近對(duì)其他昆蟲的研究逐漸增多。糖醋液引誘是誘捕和監(jiān)測(cè)粘蟲等蛾類昆蟲的常用方法，其中乙酸是關(guān)鍵成分。在東方粘蟲4種乙酸敏感的感器(as1, as2, as3和as4)中，IR8a總是與另外3個(gè)IR(IR64a, IR75q.1和IR75q.2)中的一個(gè)共表達(dá)，推測(cè)IR8a作為共受體參與對(duì)乙酸的感受(Tangetal., 2020)。在煙草天蛾中，Zhang等(2019)使用CRISPR-Cas9系統(tǒng)分別敲除Orco,IR8a和IR25a發(fā)現(xiàn)，IR8a-/-雌蛾對(duì)同種幼蟲糞便中的抑卵信息素(3-甲基戊酸和己酸)的反應(yīng)降低，從而不再避開被幼蟲取食過的葉片。雌蚊靠一系列信號(hào)(二氧化碳、體味、熱量、水分和視覺信號(hào)等)來尋找人類宿主，Raji等(2019)通過CRISPR-Cas9將埃及伊蚊的IR8a敲除后，蚊子不再被人體氣味中的乳酸等酸性成分所吸引。

在天敵昆蟲中紅側(cè)溝繭蜂中，Shan等(2019)利用爪蟾卵母細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)測(cè)定發(fā)現(xiàn)，IR64a1/IR8a對(duì)含6～8個(gè)碳原子的酸、醛、酯和醇等化合物有反應(yīng)；IR64a2/IR8a則對(duì)更長(zhǎng)碳鏈的化合物敏感；此外，IR64a2/IR8a還對(duì)棉鈴蟲的性信息素成分Z9-14∶Ald敏感，暗示其在識(shí)別寄主昆蟲中的作用。

5.2 味覺功能

昆蟲依靠味覺來識(shí)別多種多樣的化合物，從而評(píng)估潛在的營(yíng)養(yǎng)成分、毒素、產(chǎn)卵地點(diǎn)、配偶、病原體、獵物和捕食者。多項(xiàng)研究表明，IR可以作為獨(dú)立的GR起作用。食鹽對(duì)動(dòng)物有益，但過量則有害。Zhang等(2013)發(fā)現(xiàn)了黑腹果蠅使用不同類型的味覺受體神經(jīng)元(gustatory receptor neuron, GRN)對(duì)不同濃度的鹽進(jìn)行味覺編碼，其中含有IR76b的GRN用于對(duì)低鹽的檢測(cè)，引起果蠅的嗜食。

氨基酸是重要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。Croset等(2016)在果蠅中的研究發(fā)現(xiàn)，不同濃度的氨基酸對(duì)幼蟲的作用不同：吸引、驅(qū)避或者不引起反應(yīng)。IR76b在果蠅幼蟲的GRN中廣泛表達(dá)，作為共受體參與這些氨基酸引起的行為反應(yīng)。Ganguly等(2017)研究發(fā)現(xiàn)，IR20a和IR76b共表達(dá)可以引起神經(jīng)元對(duì)氨基酸的反應(yīng)，但卻抑制IR76b對(duì)鹽的反應(yīng)。此外，IR56d, IR25a和IR76b共表達(dá)參與對(duì)碳酸溶液和脂肪酸的反應(yīng)(Sánchez-Alcaizetal., 2018)。

此外，果蠅IR56a和味覺受體GR66a在一些苦味感覺神經(jīng)元中共表達(dá)，GR5a與IR56b和IR56d在一些糖感覺神經(jīng)元中共表達(dá)。因此，某些神經(jīng)元的味覺特性可能由GR和IR共同決定(Kohetal., 2014)。

5.3 聽覺功能

在果蠅中，多個(gè)IR在觸角的江氏器(Johnston’s organ)中表達(dá)，其中缺失IR64a和IR94b的突變果蠅不影響江氏器的功能，而缺失IR75a的果蠅明顯影響了江氏器敏感性，表明IR參與調(diào)節(jié)江氏器神經(jīng)元的功能，進(jìn)而參與聽覺過程(Senthilanetal., 2012)。

5.4 溫度感受

Chen等(2015)研究發(fā)現(xiàn)，果蠅的共受體IR25a在感受溫度的微小變化中起重要作用。在果蠅幼蟲中，背部低溫感覺細(xì)胞(dorsal organ cool cell, DOCC)是一組特殊的溫度敏感神經(jīng)元，可以感知每秒幾千分之一度的微小溫差，在避冷行為中起關(guān)鍵作用。研究發(fā)現(xiàn)，IR93a與IR21a和IR25a的共表達(dá)介導(dǎo)了DOCC對(duì)寒冷的感知(Knechtetal., 2016; Nietal., 2016)。Budelli等(2019)還發(fā)現(xiàn)，果蠅成蟲觸角芒中的“降溫感覺細(xì)胞”(cooling cell)也由IR93a, IR21a和IR25a所介導(dǎo)，沉默其中的任何一個(gè)IR，均降低果蠅對(duì)高溫(31℃)和低溫(16℃)的避開。在岡比亞按蚊Anophelesgambiae中，IR21a是尋找熱源的關(guān)鍵受體(Greppietal., 2020)。

5.5 濕度感受

環(huán)境濕度影響昆蟲的適宜性和地理分布。在果蠅的感覺囊室中，有一組神經(jīng)元包括干細(xì)胞(dry cell)和濕細(xì)胞(moist cell)，它們分別對(duì)干燥和潮濕的空氣敏感，從而共同感知外界環(huán)境的濕度變化。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，干細(xì)胞的功能需要IR40a和2個(gè)共受體(IR25a和IR93a)來介導(dǎo)(Enjinetal., 2016; Knechtetal., 2016)，濕細(xì)胞則需要IR68a和2個(gè)共受體的參與(Knechtetal., 2017)。因此，果蠅的濕度感受是由依賴于IR68a的潮濕感受和依賴于IR40a的干燥感受聯(lián)合完成的。

6 小結(jié)與展望

綜上所述，IR是一類新發(fā)現(xiàn)的昆蟲感覺受體，借助于快速發(fā)展的組學(xué)技術(shù)和基因功能分析技術(shù)，已經(jīng)在很多昆蟲中鑒定到大量的IR基因并初步揭示了IR基因的多樣性功能。今后應(yīng)在以下幾方面加強(qiáng)研究：首先，與氣味受體(OR)和味覺受體(GR)相比，獲得功能鑒定的離子型受體(IR)的數(shù)量較少且主要限于果蠅，其他昆蟲尤其是重要農(nóng)林害蟲中IR的功能需要進(jìn)一步探究。其次，IR功能涉及嗅覺、味覺以及溫濕度感受等，雖然已經(jīng)鑒定了部分IR的功能，但具體的作用機(jī)制仍不清楚，需要加強(qiáng)研究。第三，參與多種分子感受的IR及其共受體已被證實(shí)，但同一IR介導(dǎo)兩種或多種嗅覺(或味覺)分子的模式機(jī)制尚不清楚，對(duì)IR及其與共受體復(fù)合體三級(jí)結(jié)構(gòu)的解析方面有待突破。第四，昆蟲通過不同類型的受體(GR, IR和OR等)來感覺化學(xué)刺激，需要明確單個(gè)神經(jīng)元中不同類型受體間的調(diào)控機(jī)制。最后，在解析IR結(jié)構(gòu)及功能的同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)基于IR的活性化合物的篩選技術(shù)及轉(zhuǎn)基因等新型行為調(diào)控技術(shù)，為害蟲的可持續(xù)防治提供支撐。