揭示嗅觉受体单基因选择的共同机制：广泛表达的转基因气味受体在嗅觉上皮中的新发现

本研究通过构建携带强效基因选择增强子的OR(Odorant Receptor)微型基因，结合RNA测序和三维成像技术，揭示了嗅觉受体单基因表达的共同机制。研究人员发现21bp核心同源域序列(x21)增强子能突破细胞类型限制，使转基因在I类、II类OR和TAAR(Trace Amine-Associated Receptor)神经元中广泛表达，并形成新型肾小球结构。该研究为理解嗅觉受体单等位基因选择的普遍机制提供了重要证据，对神经发育和感官生物学领域具有突破性意义。

　　

嗅觉系统是自然界最精密的化学传感器之一，小鼠拥有超过1100种气味受体(OR)基因，每个嗅觉感觉神经元(OSN)只选择表达其中一个等位基因，这种现象被称为"单基因选择"(singular gene choice)。然而这个精密选择机制的核心谜题长期困扰着科学家：不同类别的OR基因（包括I类、II类和痕量胺相关受体TAAR）是否共享相同的选择机制？这些受体如何在保持单等位基因表达的同时，又能确保轴突精确投射到嗅球的特定区域形成肾小球结构？

美国纽约市立大学亨特学院生物科学系的Mélanie Makhlouf、Charlotte D'Hulst等研究人员在《Cell Reports》发表的研究取得了重要突破。研究团队构建了两种携带多聚化21bp增强子(x21)的OR微型基因——5x21-OR1A1和4x21-Olfr151β转基因小鼠，通过全组织RNA测序、单细胞测序和三维成像技术，首次证明不同类别的嗅觉受体共享相同的单基因选择机制。

关键技术方法包括：构建含多聚化x21增强子的转基因小鼠品系；通过全组织RNA测序分析转基因与内源性OR表达谱的变化；采用单细胞RNA测序验证单基因选择特性；利用TAAR4-YFP和P-LacZ报告基因系统进行轴突投射的共定位分析；通过RNAscope原位杂交技术验证关键基因的表达模式。

研究结果部分的重要发现包括：

"Expression of OR transgenes in olfactory epithelium"部分显示，5x21-OR1A1转基因在背侧和腹侧嗅觉上皮广泛表达，其轴突投射突破了传统的I类(DI)、II类(DII)和TAAR(DIII)肾小球区域的界限，形成独特的"岛链"式分布模式。

"OR gene expression levels are affected in the 5x21-OR1A1 Tg mice"部分通过RNA测序发现，转基因表达导致325个内源性OR基因表达显著下调，其中227个属于背侧表达(DVI 1.05)的基因，证实x21增强子能竞争性占据多种细胞类型的基因选择机制。

"Class I OR expression levels are affected in the 5x21-OR1A1 Tg mice"部分特别值得注意的是，位于7号染色体上3Mb区域的I类OR基因簇整体表达下调，表明x21增强子能跨越基因组位置效应影响远端基因表达。

"TAAR expression levels are affected in the 5x21-OR1A1 Tg mice"部分首次证明TAAR基因表达也受x21增强子调控，8个TAAR基因表达显著降低，而Ms4a基因家族不受影响，说明这种调控具有受体类别特异性。

"Differential expression as a function of the Greek Island enhancers"部分挑战了现有的"希腊岛增强子中心"(Greek Island hubs)模型，证明该模型不能解释I类OR和TAAR的表达调控，提示存在更普遍的选择机制。

研究结论部分指出，x21增强子通过协同蛋白结合打破细胞类型限制，揭示了所有OSN共享的单基因选择共同机制。这一发现具有多重意义：首先，修正了以往认为不同OR类别具有独立选择机制的观点；其次，证明细胞类型不仅决定OR选择概率，还影响轴突分离特性；第三，为理解嗅觉系统发育提供了新框架，即OR表达模式实质上是细胞类型限制与轴突稳定维持共同作用的结果。该研究建立的转基因平台为后续探索嗅觉编码原理和神经环路组装提供了重要工具。