γ-辛内酯诱导橘小实蝇Obp83g-2表达调控机制揭示昆虫气味结合蛋白转录新通路

本研究聚焦橘小实蝇气味结合蛋白OBP83g-2在γ-辛内酯诱导下的转录调控机制。通过功能基因组学技术发现转录因子ADF-1-like直接结合Obp83g-2启动子区域，调控其表达并影响雌虫产卵行为。该研究首次阐明昆虫OBP基因在外源气味刺激下的转录调控通路，为害虫行为调控提供新靶点。

　　

在昆虫与环境的化学对话中，气味结合蛋白（Odorant Binding Proteins, OBPs）扮演着关键信使的角色。这些蛋白是昆虫嗅觉系统的前沿哨兵，负责识别和传递环境中的化学信号，引导昆虫完成寻找宿主、交配和产卵等重要行为。尽管大量研究表明气味分子暴露会导致OBPs表达水平的变化，但这种表达改变背后的转录调控机制始终是未解之谜。

针对这一科学问题，西南大学植物保护学院的陈小凤等研究人员在《Communications Biology》发表了创新性研究。他们以入侵性农业害虫橘小实蝇（Bactrocera dorsalis）为模型，聚焦于宿主挥发物γ-辛内酯（一种对雌蝇产卵具有强吸引力的化合物）诱导下的OBP转录调控机制。

研究团队综合运用了多种关键技术方法：通过原核表达系统获得重组OBP蛋白，利用显微尺度热泳（MST）技术分析蛋白-气味分子结合亲和力；采用CRISPR/Cas9基因编辑系统构建Obp83g-2基因敲除突变体；通过电生理（EAG）和行为学实验评估突变体嗅觉功能变化；应用双荧光素酶报告系统和电泳迁移率实验（EMSA）验证转录因子与启动子的互作关系；并利用RNA干扰（RNAi）技术进行基因功能验证。

Expression patterns of OBPs and TFs by γ-octalactone induction

研究人员首先通过RT-qPCR分析了γ-辛内酯诱导后OBP基因的表达模式。发现Obp83g-2和Obp50e的表达量分别显著上调2.8倍和1.2倍。同时检测了两个转录因子基因的表达，发现Adf-1-like表达量增加2.1倍，而Wrky-like表达保持稳定。

OBP83g-2 exhibited strong binding to γ-octalactone in vitro

通过原核表达和纯化获得OBP83g-2和OBP50e重组蛋白，MST结合实验显示OBP83g-2与γ-辛内酯具有强结合亲和力（K_d=0.26±0.16μM），与1-辛烯-3-醇也显示较强结合（K_d=26.65±6.02μM），而与其他测试气味分子结合较弱。OBP50e与γ-辛内酯的结合较弱（K_d=83.78±11.63μM），但与(±)-香茅醛显示强结合（K_d=23.78±6.63μM）。

The sensitivity of Obp83g-2^-/- mutant to γ-octalactone significantly decreased

利用CRISPR/Cas9技术成功构建了Obp83g-2基因敲除突变体，测序证实存在52-bp缺失导致的移码突变。电生理实验显示突变体对1%和10%γ-辛内酯的EAG反应显著降低，但在0.1%浓度下无差异。行为学实验表明突变体雌蝇的着陆频率减少72%，产卵穿刺频率减少71%，产卵量减少68%。

The activity assay of the 5'-flanking promoter of Obp83g-2

对Obp83g-2启动子区进行活性分析，发现-967至-1bp片段具有较高活性，-598至-1bp片段活性显著增加4.5倍，进一步截短后活性逐渐降低。

The transcription factor ADF-1-like regulated the expression of Obp83g-2

组织表达谱分析显示Obp83g-2和Adf-1-like在头部表皮高表达且具有性别差异。双荧光素酶报告系统证实ADF-1-like过表达使Obp83g-2启动子活性提高3倍。EMSA实验直接证明ADF-1-like蛋白可与Obp83g-2启动子特异性结合。

RNAi-mediated knockdown of Adf-1-like decreased the sensitivity of B. dorsalis to γ-octalactone

RNAi敲低Adf-1-like后，Obp83g-2表达显著下调。dsAdf-1-like处理组对10%γ-辛内酯的EAG反应降低54%，雌蝇着陆频率和产卵穿刺频率分别减少52%和51%，产卵量减少62%。

研究结论表明，OBP83g-2在橘小实蝇γ-辛内酯介导的产卵行为中发挥关键作用，转录因子ADF-1-like通过直接结合Obp83g-2启动子区域正调控其表达。研究人员提出了一个完整的分子调控模型：γ-辛内酯进入嗅觉感器后，由OBP83g-2识别并转运至嗅觉神经元膜，激活嗅觉受体（ORs）并引发下游信号转导，导致细胞内Ca²⁺和cAMP水平升高，进而激活ADF-1-like并启动Obp83g-2转录。

该研究首次阐明了昆虫OBP基因在外源气味刺激下的转录调控机制，揭示了昆虫通过调节嗅觉相关基因表达来平衡高灵敏度嗅觉系统与代谢成本的策略，为理解昆虫化学通讯的分子基础提供了重要理论依据，也为开发基于行为调控的害虫治理新策略提供了潜在靶点。