嗅觉受体，家族 1，亚家族 D，成员 2; OR1D2

嗅觉受体 1；OLFR1
睾丸气味受体 OR17-4；或17-4

HGNC 批准的基因符号：OR1D2

细胞遗传学定位：17p13.3 基因组坐标（GRCh38）：17:3,088,483-3,104,421（来自 NCBI）

▼ 描述

嗅觉系统能够区分大量的气味分子。嗅觉受体由一个非常大的 G 蛋白偶联受体亚家族编码。这些受体与许多神经递质和激素受体共享 7 跨膜结构域结构。它们负责气味信号的识别和 G 蛋白介导的转导。编码这些受体的基因在其编码区内没有内含子，但有一个长内含子剪接5-prime非翻译区（Schurmans等人总结，1993）。

OR1D2被认为在人类精子趋化性中发挥作用，并且可能是受精过程的关键组成部分（Spehr等，2003）。

▼ 克隆和表达

Schurmans 等人（1993）通过与 PCR 获得的基因片段交叉杂交，从基因组文库中克隆了嗅觉受体基因家族的成员 OLFR1。

斯佩尔等人（2003）鉴定出 OR17-4，人类睾丸嗅觉受体。通过使用比率荧光成像，一小部分应用的化学刺激诱导钙信号，为 HEK293 细胞中重组表达的受体和人类精子中的天然受体建立分子感受野。Bourgeonal 是重组和天然受体类型的强大激动剂，也是随后行为生物测定中的强化学引诱剂。相反，十一醛是布尔根醛和相关化合物的有效嗅觉受体拮抗剂。斯佩尔等人（2003）得出结论，人类 OR17-4 在人类精子趋化性中发挥作用，并且可能是受精过程的关键组成部分。

▼ 基因功能

Nekrasova 等人（1996）在昆虫细胞中过表达人类（OR17-4）和大鼠（olp4）嗅觉受体基因，纯化它们，并对其进行生化表征。他们通过电泳鉴定了对应于 32、69 和 94 kD 分子量的蛋白质的单体、二聚体和三聚体形式。这些寡聚体能够抵抗还原和烷基化，因此被认为是通过抗 SDS 的疏水相互作用结合在一起的，这与其他 G 蛋白偶联受体的观察结果一致。

▼

通过同位素原位杂交作图，Schurmans 等人（1993）将 OLFR1 基因对应到 17p13-p12，峰位于 17p13 条带。在 3 号染色体上检测到一个小峰，最大峰位于 3q13-q21 区域。MspI 消化后，显示了 RFLP。在对 3 个 CEPH 谱系的研究中使用这一点，他们证明了与 D17S126 在 17pter-p12 处的联系；theta = 0.0 时最大 lod = 3.6。在中等严格条件下，该 cDNA 用作 Southern 印迹的探针，与至少 3 个密切相关的基因杂交。

▼ 基因家族

Buck 和 Axel（1991）发现了这个编码假定气味受体基因的基因大家族。Buck 和 Axel（1991）从大鼠中分离 OR 基因基于 3 个假设。首先，OR 可能是 G 蛋白偶联受体，其特征是 7 次跨膜蛋白。其次，OR很可能是一个相当大的多基因家族的成员，因为脊椎动物的嗅觉系统可以检测和区分大量结构截然不同的化学物质。第三，ORs可能在嗅觉感觉神经元中选择性表达。

Issel-Tarver 和 Rine（1997）对首次在狗身上发现的嗅觉受体基因的 4 个亚家族进行了比较研究，以评估哺乳动物进化过程中基因家族的变化，并开始将狗的基因图谱与人类的基因图谱联系起来。这 4 个家族在犬科动物基因组中被命名为 OLF1、OLF2、OLF3 和 OLF4。这 4 个基因代表的亚家族的大小从 2 到 20 个基因不等。它们均在犬嗅上皮中表达，但在犬肺、肝、卵巢、脾、睾丸或舌中未检测到表达。OLF1 和 OLF2 亚家族在狗基因组和人类基因组中紧密相连。最小的家族以犬 OLF1 基因为代表。单独使用狗基因探针与 24 个体细胞杂交系的基因组 DNA 的 Southern 印迹杂交，Issel-Tarver 和 Rine（1997）表明，人类同源 OLF1 亚家族定位于人类 11 号染色体。与犬 OLF2 基因相似性最强的人类基因也定位于 11 号染色体。与犬 OLF3 杂交的人类亚家族的两个成员都位于 7 号染色体上。很难确定与犬 OLF4 探针杂交的人类基因定位于哪一条或多条染色体。该亚科在小鼠、仓鼠以及人类中都很大，因此啮齿动物背景很大程度上掩盖了人类交叉杂交带。然而，可以在对应于人类 19 号染色体的印迹中辨别出一些人类特异性条带。Issel-Tarver 和 Rine（1997）通过与对应到 11q11 的 YAC 杂交，完善了人类 OLF1 同源物的图谱。在狗身上，OLF1 和 OLF2 亚家族彼此相差 45 kb 以内（Issel-Tarver 和 Rine（1996））。Issel-Tarver 和 Rine（1997）证明，在人类中 OLF1 和 OLF2 同源物同样紧密相连。通过研究 YAC，Issel-Tarver 和 Rine（1997）发现人类 OLF3 同源物对应到 7q35。通过与犬OLF4基因探针杂交筛选19号染色体特异性粘粒文库，即使在高严格性下也与探针强烈杂交的克隆被定位于19p13.1和19p13.2。然而，这些克隆仅占同源人类条带的一小部分。通过与犬OLF4基因探针杂交筛选19号染色体特异性粘粒文库，即使在高严格性下也与探针强烈杂交的克隆被定位于19p13.1和19p13.2。然而，这些克隆仅占同源人类条带的一小部分。通过与犬OLF4基因探针杂交筛选19号染色体特异性粘粒文库，即使在高严格性下也与探针强烈杂交的克隆被定位于19p13.1和19p13.2。然而，这些克隆仅占同源人类条带的一小部分。

鲁奎尔等人（1998）证明嗅觉受体基因家族的成员分布在除少数人类染色体之外的所有染色体上。通过荧光原位杂交分析，他们表明 OR 序列存在于人类基因组中超过 25 个位置。它们的分布偏向于染色体臂的末端带。使用流式分选染色体来分离来自 16 条染色体的 87 个 OR 序列。它们的序列关系表明染色体间和染色体内的重复导致了 OR 家族的扩张。鲁奎尔等人（1998）确定人类基因组已经积累了惊人数量的功能失调拷贝：这些序列中 72% 被发现是假基因。含有 ORF 的序列主要分布在 7、16 和 17 号染色体上。

赵等人（1998）提供了一个 OR 基因编码气味受体的功能证据。

Mombaerts（1999）回顾了脊椎动物气味受体基因的分子生物学。根据 Mombaerts（1999）的说法，已经报道了 150 多个人类 OR 克隆的序列。除睾丸 OR 基因外，人类 OR 基因与其他物种的对应基因显着不同，其假基因频率较高。研究表明，单个嗅觉感觉神经元表达 OR 指令的一小部分。在大鼠和小鼠中，表达相同 OR 的神经元轴突会聚到嗅球中确定的肾小球上。

福克斯等人（2001）将嗅觉受体基因库称为嗅觉亚基因组，分析了通过文献调查、14 个基因组簇的数据挖掘和 OR 靶向实验测序策略得出的 224 个此类基因。这组基因包含至少 53% 的假基因，并且至少分为 11 个基因家族。灵长类动物中的一个家族经历了特别广泛的扩张。

名为 HORDE（人类嗅觉受体数据探索馆）的人类嗅觉受体基因在线数据库在 2002 年指出，已鉴定出 906 个人类嗅觉受体基因，其中超过 60% 似乎是假基因。只有 20 号和 Y 号染色体似乎缺乏嗅觉受体基因。11 号染色体含有最多数量的 OR 基因，聚集在靠近着丝粒和端粒的短臂上。

17p 嗅觉受体基因簇

本·阿里等人（1994）克隆了 16 个人类 OLFR 基因，全部来自 17p13.3。无内含子编码区被对应到 350 kb 的连续簇，平均基因间间隔为 15 kb。该簇中的 OLFR 基因属于 4 个不同的基因亚家族，显示出与任何随机选择的 OLFR 组一样多的序列变异性。这表明该簇可能是祖先 OLFR 基因库的几个拷贝之一，其存在可能早于哺乳动物的分化。通过荧光原位杂交以及体细胞杂交作图对 17p13.3 进行定位。

格卢斯曼等人（1996）描述了对 17p13.3 上 OR 基因簇中心的富含 OR 的粘粒进行完整测序的结果。由此产生的 40-kb 序列揭示了 3 个已知的 OR 编码区、2 个可能源自串联重复事件的 OR 基因，以及与另一个 OR 基因融合的新 OR 假基因。

嗅觉受体基因在哺乳动物基因组中组织成许多簇。17p13.3 上的簇，由 Glusman 等人完全测序（2000），包括人类嗅觉亚基因组中预计数百个 OR 基因中的 17 个。该簇中的 OR 基因属于不同的家族和亚家族。相反，来自同一家族的基因被发现在不同的簇和不同的染色体上（Sullivan et al., 1996; Rouquier et al., 1998），这表明基因和簇重复的复杂历史。通过“数据挖掘”，Glusman 等人（2000）在 24 个脊椎动物物种中鉴定出 831 个 OR 编码区（包括假基因）。基于趋异进化模型，提出了 OR 基因超家族的命名系统。

基因功能

区分不同气味的能力取决于大量不同的气味受体（OR）。沙利文等人（1996）指出 ORs 由鼻嗅感觉神经元表达；每个神经元仅表达单个 OR 基因的 1 个等位基因。在鼻子中，不同的 OR 组在不同的空间区域中表达。表达相同 OR 基因的神经元位于同一区域；然而，在该区域中，它们随机散布着表达其他 OR 的神经元。这种分布向作者表明，当细胞选择 OR 基因进行表达时，它可能仅限于特定的区域基因集，但它可能通过随机机制从该集中进行选择。所提出的 OR 基因选择模型分为两类：位点依赖性和位点无关性。位点依赖模型假设 OR 基因聚集在基因组中，也许不同区域基因集的成员聚集在不同的基因座上。相反，位点无关模型不需要 OR 基因进行聚类。为了评估这些模型的可行性，Sullivan 等人（1996）确定了许多小鼠 OR 基因的表达区、序列和染色体位置。他们将 OR 基因对应到 7 条染色体上的 11 个不同区域。这些基因座位于旁系同源染色体区域内，这些区域似乎是由大染色体结构域的复制以及随后广泛的基因复制和分歧引起的。这些研究表明，在同一区域表达的 OR 基因对应到许多位点；此外，单个基因座可以包含在不同区域表达的基因。这些发现提出了 OR 基因选择与位点无关或涉及连续随机选择的可能性。相反，位点无关模型不需要 OR 基因进行聚类。为了评估这些模型的可行性，Sullivan 等人（1996）确定了许多小鼠 OR 基因的表达区、序列和染色体位置。他们将 OR 基因对应到 7 条染色体上的 11 个不同区域。这些基因座位于旁系同源染色体区域内，这些区域似乎是由大染色体结构域的复制以及随后广泛的基因复制和分歧引起的。这些研究表明，在同一区域表达的 OR 基因对应到许多位点；此外，单个基因座可以包含在不同区域表达的基因。这些发现提出了 OR 基因选择与位点无关或涉及连续随机选择的可能性。相反，位点无关模型不需要 OR 基因进行聚类。为了评估这些模型的可行性，Sullivan 等人（1996）确定了许多小鼠 OR 基因的表达区、序列和染色体位置。他们将 OR 基因对应到 7 条染色体上的 11 个不同区域。这些基因座位于旁系同源染色体区域内，这些区域似乎是由大染色体结构域的复制以及随后广泛的基因复制和分歧引起的。这些研究表明，在同一区域表达的 OR 基因对应到许多位点；此外，单个基因座可以包含在不同区域表达的基因。这些发现提出了 OR 基因选择与位点无关或涉及连续随机选择的可能性。为了评估这些模型的可行性，Sullivan 等人（1996）确定了许多小鼠 OR 基因的表达区、序列和染色体位置。他们将 OR 基因对应到 7 条染色体上的 11 个不同区域。这些基因座位于旁系同源染色体区域内，这些区域似乎是由大染色体结构域的复制以及随后广泛的基因复制和分歧引起的。这些研究表明，在同一区域表达的 OR 基因对应到许多位点；此外，单个基因座可以包含在不同区域表达的基因。这些发现提出了 OR 基因选择与位点无关或涉及连续随机选择的可能性。为了评估这些模型的可行性，Sullivan 等人（1996）确定了许多小鼠 OR 基因的表达区、序列和染色体位置。他们将 OR 基因对应到 7 条染色体上的 11 个不同区域。这些基因座位于旁系同源染色体区域内，这些区域似乎是由大染色体结构域的复制以及随后广泛的基因复制和分歧引起的。这些研究表明，在同一区域表达的 OR 基因对应到许多位点；此外，单个基因座可以包含在不同区域表达的基因。这些发现提出了 OR 基因选择与位点无关或涉及连续随机选择的可能性。他们将 OR 基因对应到 7 条染色体上的 11 个不同区域。这些基因座位于旁系同源染色体区域内，这些区域似乎是由大染色体结构域的复制以及随后广泛的基因复制和分歧引起的。这些研究表明，在同一区域表达的 OR 基因对应到许多位点；此外，单个基因座可以包含在不同区域表达的基因。这些发现提出了 OR 基因选择与位点无关或涉及连续随机选择的可能性。他们将 OR 基因对应到 7 条染色体上的 11 个不同区域。这些基因座位于旁系同源染色体区域内，这些区域似乎是由大染色体结构域的复制以及随后广泛的基因复制和分歧引起的。这些研究表明，在同一区域表达的 OR 基因对应到许多位点；此外，单个基因座可以包含在不同区域表达的基因。这些发现提出了 OR 基因选择与位点无关或涉及连续随机选择的可能性。单个基因座可以包含在不同区域表达的基因。这些发现提出了 OR 基因选择与位点无关或涉及连续随机选择的可能性。单个基因座可以包含在不同区域表达的基因。这些发现提出了 OR 基因选择与位点无关或涉及连续随机选择的可能性。

哺乳动物能够闻出各种各样的气味。即使是嗅觉相对受损的人类也能够检测到大约 10,000 种不同的气味（Buck 和 Axel，1991）。为了实现这种多样性，哺乳动物有大约 1,000 个嗅觉基因，约占其整个基因组的 3%（Mombaerts，1999）。OR被认为是7螺旋跨膜蛋白，在周质结构域上具有气味结合位点，在细胞质结构域上具有G蛋白结合位点。气味剂首先与 OR 结合，然后 OR 发生结构变化，触发 G 蛋白激活以及随后导致神经细胞活动的级联事件。王等人（2003）假设金属离子在气味识别中发挥重要作用。他们分析了 OR 的预测结构和共有序列，并提出了第四和第五螺旋（4-5 环）之间的环中的金属结合位点。他们合成了一种包含该假定结合位点的五肽，发现它不仅对结合 Cu（II）和 Zn（II）离子具有高亲和力，而且在金属离子结合后会急剧转变为 α 螺旋结构。基于这些观察，他们提出了一种“羽毛球”机制，用于解释 OR 在气味剂结合时可能发生的结构变化。该机制涉及通过金属离子结合中和残留电荷后4-5环的膜渗透。他们合成了一种包含该假定结合位点的五肽，发现它不仅对结合 Cu（II）和 Zn（II）离子具有高亲和力，而且在金属离子结合后会急剧转变为 α 螺旋结构。基于这些观察，他们提出了一种“羽毛球”机制，用于解释 OR 在气味剂结合时可能发生的结构变化。该机制涉及通过金属离子结合中和残留电荷后4-5环的膜渗透。他们合成了一种包含该假定结合位点的五肽，发现它不仅对结合 Cu（II）和 Zn（II）离子具有高亲和力，而且在金属离子结合后会急剧转变为 α 螺旋结构。基于这些观察，他们提出了一种“羽毛球”机制，用于解释 OR 在气味剂结合时可能发生的结构变化。该机制涉及通过金属离子结合中和残留电荷后4-5环的膜渗透。

Zou 和 Buck（2006）的报告得出结论，二元气味混合物会刺激不受其单独成分气味剂刺激的皮层神经元，但 Buck 撤回了该报告，但他无法重现该结果。邹拒绝签署撤回声明。

在哺乳动物中，气味受体将嗅觉感觉神经元（OSN）的轴突引导至嗅球中的目标。今井等人（2006）表明调节轴突导向分子表达的环腺苷单磷酸酶（cAMP）信号对于气味受体指导的轴突投射至关重要。气味受体、刺激性 G 蛋白（GNAS；139320）、cAMP 依赖性蛋白激酶（PKA；参见 176911）和 cAMP 反应元件结合蛋白（CREB；123810）的基因操作使轴突投射位点沿着嗅球的前后轴移动。因此，决定嗅觉感觉神经元目标的是气味受体衍生的 cAMP 信号，而不是 OR 分子的直接作用。

进化

特拉斯克等人（1998）描述了亚端粒 DNA 重复，从而深入了解人类基因组中不寻常区域（端粒）的变异性、复杂性和进化历史。他们使用从 19 号染色体克隆的 DNA 片段证明，不同染色体共享的 DNA 序列块可能非常大且高度相似。在人类迁徙到世界各地之前，三条染色体似乎就包含了该序列。与人类中的多拷贝分布相反，这种亚端粒块主要对应到黑猩猩和大猩猩的单个基因座，该位点与人类基因组中的任何位置都是非直系同源的。嗅觉受体（OR）基因家族的三个新成员被发现在这一大段 DNA 中重复，分别存在于 3q、15q、从不同人群中抽取的 45 名不相关的人中，每人都有 19p。从其序列来看，该重复块中的一个 OR 基因似乎具有潜在的功能。这些发现提出了这样一种可能性：OR家族的功能多样性部分是通过人类端粒附近DNA的复制和染色体间重排产生的。

吉拉德等人（2000）报道了 17 号染色体上 450 kb 嗅觉受体基因簇内基因组片段的群体序列多样性。他们发现 OR 假基因和内含子之间的核苷酸多样性模式存在二分法，另一方面是紧密分散的完整基因。他们认为弱正选择是观察到的遗传变异模式的原因。这是因为与假基因或内含子相比，基因的多态性与分歧的比率较低，OR基因的非同义替换率较高，以及与其他基因组区域相比，整个OR基因簇的变异性总体上虽小但显着减少，从而推断出这一点。

Young 和 Trask（2002）回顾了嗅觉受体基因超家族的进化和生理学。

吉拉德等人（2003）指出，人类 1,000 多个 OR 基因中，大约 40% 具有完整的编码区，因此被认为具有功能。相比之下，类人猿基因组中完整 OR 基因的比例明显更高（68% 至 72%），这表明这些物种之间 OR 库的选择压力有所不同。吉拉德等人（2003）通过对 16 名人类、16 只黑猩猩和 1 只猩猩的 20 个 OR 基因进行重新测序，研究了塑造人类和黑猩猩 OR 基因家族的进化力量。他们将 OR 基因的变异与基因间区域的变异进行了比较。在人类和黑猩猩中，OR 假基因似乎都是中性进化的。在黑猩猩中，变异模式与作用于完整 OR 基因的纯化选择一致，而在人类中，有证据表明正选择作用于完整的 OR 基因。这些观察结果被认为是由于人类和类人猿之间生活方式的差异导致了不同的感官需求。

其他特性

杨等人（2008）对嗅觉受体的拷贝数变异进行了详细研究，以阐明作用于该基因家族的选择性和机械力以及拷贝数变异对人类嗅觉受体库的真正影响。他们认为，拷贝数变异（CNV）和其他大型基因组区域组的特性违反了基因富集评估中常用的统计方法的假设。Young 等人使用更合适的方法（2008）提供的证据表明，CNV 中的 OR 富集不是由于正选择，而是因为片段重复区域中的 OR 优势，已知这些区域通常是拷贝数可变的，并且因为包含 OR 的区域中针对 CNV 的纯化选择低于包含必需基因的区域。杨等人（2008）还结合了多重连接依赖性探针扩增（MLPA）和 PCR 来测定大约 50 个人组成的小组中 37 个候选 CNV OR 的拷贝数。作者确认了 18 个 OR 的拷贝数变异，但在该人类多样性组中没有发现其他 16 个 OR 的拷贝数变异，这强调了一个警告，即报告的间隔往往高估了真实的 CNV。杨等人（2008）得出的结论是，他们描述的拷贝数变异可能是人类个体嗅觉能力显着差异的基础，并表明基于同源性和同源性孤立的过程在 OR 家族的重塑中发挥了最近的作用。作者确认了 18 个 OR 的拷贝数变异，但在该人类多样性组中没有发现其他 16 个 OR 的拷贝数变异，这强调了一个警告，即报告的间隔往往高估了真实的 CNV。杨等人（2008）得出的结论是，他们描述的拷贝数变异可能是人类个体嗅觉能力显着差异的基础，并表明基于同源性和同源性孤立的过程在 OR 家族的重塑中发挥了最近的作用。作者确认了 18 个 OR 的拷贝数变异，但在该人类多样性组中没有发现其他 16 个 OR 的拷贝数变异，这强调了一个警告，即报告的间隔往往高估了真实的 CNV。杨等人（2008）得出的结论是，他们描述的拷贝数变异可能是人类个体嗅觉能力显着差异的基础，并表明基于同源性和同源性孤立的过程在 OR 家族的重塑中发挥了最近的作用。

▼ 动物模型

Issel-Tarver 和 Rine（1996）描述了犬嗅觉受体基因家族的 4 个成员的特征。这 4 个亚家族包含仅在嗅觉上皮细胞中表达的基因。使用脉冲场凝胶的 Southern 印迹分析大 DNA 片段表明，亚科成员聚集在一起，并且其中 2 个亚科在狗基因组中紧密相连。对 26 个品种的狗的 4 个嗅觉受体基因亚家族的分析提供了证据，表明尽管在嗅觉猎犬、视觉猎犬和玩具品种的嗅觉敏锐度的基础上进行了差异选择，但每个亚家族的基因数量是稳定的。