串联重复使得日本花萤的嗅觉基因簇产生功能分化

《Communications Biology》：Tandem duplication has enabled functional differentiation in an olfactory gene cluster of Anastatus japonicus

　　

摘要

在多种昆虫物种中都存在成簇的嗅素结合蛋白（OBP）基因，但其组织结构所遵循的功能原理至今仍不清晰。在本研究中，我们发现广食性卵寄生蜂Anastatus japonicus的这种基因数量增加了62个，它们主要以串联阵列的形式存在于4号染色体上。通过分析四个串联重复序列组成的典型基因簇（AjapOBP16–19），我们发现这一组基因构成了一个部分分化的化学感应单元。AjapOBP16/18能够特异性地结合特定的倍半萜类物质，AjapOBP19则具有广谱结合能力，且更倾向于与芳香族化合物结合，而AjapOBP17对所有测试过的配体仅表现出中等至较低的亲和力。这种功能差异源于它们不同的结合口袋结构。已确定的 key配体包括β-石竹烯，它能引发剂量依赖性的触角反应并促使昆虫产生趋性行为。RNAi干预实验表明，AjapOBP16/18共同作用于β-石竹烯的识别过程。我们的研究结果表明，串联排列的OBP基因簇可以演化成具有协作性但功能部分分化的模块，这为理解基因重复如何影响昆虫的嗅觉功能提供了新的见解。