为什么,蚊子永远能找到你?( 二 )


有人篡改代码也不怕
气味受体(OR)、离子型受体(IR)以及味觉受体(GR) , 这三类化学感受受体是由三个不同的基因家族编码而来 。
首先 , 研究团队需要观察的是 , 表达这几类受体的神经元 , 分别投射到了哪些嗅小球上 。科学家从OR、IR和GR基因家族中 , 找出一些编码受体的基因:Orco、Ir25a、Ir8a、Ir76b以及Gr3 。
研究者利用基因编辑 , 给这些受体基因添加了“尾巴” , 追踪神经元的去向 。这尾巴是转录因子QF2对应的基因 , 替换了受体基因的终止密码子 , 于是细胞在制造那些嗅觉受体的同时 , 也会把转录因子QF2生产出来 。而QF2这种蛋白质 , 能与DNA上一处名叫QUAS的增强子(也经过基因编辑)结合 , 引发附近一种荧光蛋白的表达 , 让人看清哪个神经元伸向了哪个嗅小球 。
结果 , 科学家惊讶地发现 , 表达Ir25a基因的神经元投射到了蚊子触角叶中的几乎所有嗅小球 , 并且与表达Orco基因的神经元投射高度重合 。另外 , 触角叶中最大的嗅小球——嗅小球1 , 既收到了表达Gr3基因的神经元投射 , 也被表达Ir25a基因的神经元所支配 。就是说 , 表达气味受体(OR)、离子型受体(IR)和味觉受体(OR)的神经元投射之间有所重叠 。
研究者十分好奇 , 这些重叠是怎么来的 。Ir25a基因编码的离子型受体 , 与Orco基因编码的气味受体 , 究竟是在相同的神经元里表达了 , 还是两组表达不同受体的神经元汇集到相同的嗅小球了?

为什么,蚊子永远能找到你?

文章插图
特别的嗅觉系统有两种可能性 。1为一个神经元表达不止一种受体 , 2为表达不同受体的几组神经元投射到相同的嗅小球(图片来源:原论文)
想回答这个问题 , 依然要把QF2转录因子的基因插到受体基因末尾 , 来观察神经元中有没有Orco基因和Ir25a基因共表达的现象 。这次 , 研究者把QF2转录因子分成两半 , 一半是DNA结合域 , 追踪Orco基因表达 , 另一半是激活域 , 追踪Ir25a表达 , 两部分都用亮氨酸拉链标记 。假如这两个基因共表达 , 拉链拉好 , QF2的两个部分组合成有功能的QF2分子 , 才能驱动荧光蛋白的表达 。
用这种方式编辑了蚊子的基因后 , 科学家真的在它们的触角叶中看到荧光 , 那里有将近一半的嗅小球被dTomato荧光蛋白“染绿”了 。这表明 , Orco基因(属于OR受体基因家族)和Ir25a基因(属于IR基因家族)存在共表达 , 而且是广泛存在 。我们认知当中“一个神经元表达一种受体”的传统嗅觉系统 , 大概不适用于蚊子 。
【为什么,蚊子永远能找到你?】
为什么,蚊子永远能找到你?

文章插图
QF2分子的其中一半存在时 , 无绿色荧光呈现;而Ir25a与Orco共同表达时 , 获得完整QF2 , 驱动荧光蛋白的表达 , 可以观察到绿色(图片来源:原论文)
不同类的嗅觉受体能在一个神经元里共表达 , 也就不难解释 , 为何去除一个基因家族编码的一大类嗅觉受体 , 仍然无法阻挡蚊子找到人类 。嗅觉系统的“冗余”设定 , 可能给了它们应对危机的备用方案 。
后来 , 研究团队又在蚊子嗅觉系统中 , 找到了更多类似的例子 。除了触角之外 , 蚊子还有一种更小也更简单的嗅觉器官 , 就是下颚须 。它可以检测一些重要的寻人线索 , 比如二氧化碳 , 以及存在于人类呼吸和汗液中的1-辛烯-3-醇(又叫蘑菇醇)等等 。
科学家发现 , 蚊子下颚须中能够被1-辛烯-3-醇激活的神经元 , 也能被我们皮肤中释放的挥发性胺类物质激活 。这意味着 , 即便经过基因编辑的蚊子失去了一种嗅觉受体 , 依靠这种受体工作的神经元也未必会因此丧失功能 , 它们还可以利用别的受体 , 检测到人类的气息 。


推荐阅读