动物的嗅觉可用于寻找食物、识别危险。检测气味分子的蛋白质称为嗅觉受体（OR）[1]。OR是动物嗅觉器官中的化学感受器，可以与特定的气味分子结合。在发育过程中每个嗅觉神经元“选择”只产生1种OR，一旦嗅觉神经元识别功能性受体，就会停止产生其他的OR[2-3]。为了区分环境中种类繁多的气味分子，动物基因组中存在大量的OR基因[4]。动物采食与嗅觉密切相关，动物机体可以通过嗅觉触发特定的食欲，采食喜欢的食物。因此研究动物的嗅觉对畜牧生产中针对动物进行饲料开发、提高动物采食量具有重要意义[5]。本文综述动物OR基因结构、分布、功能、多态性、信号通路及其在畜牧生产中的作用，为研究嗅觉在动物采食方面的作用提供参考。1OR基因的构成、分布及多态性1.1OR基因的构成及分布OR基因的一般包括1个约1 kb的无内含子编码区，在其前面有不同数量的上游外显子[6]。OR家族中包含许多假基因，假基因通常指基因组中与正常基因序列相似，但缺乏功能的DNA序列[7]。Nguyen等[8]在猪中检测出1 301个OR的相关序列，其中包括1 113个功能性OR基因和188个假基因，假基因占总基因比例约为14%。不同物种间功能OR基因数量分布见表1[8-9]。在哺乳动物中，猪的功能性基因比其他动物多，而假基因比例最低。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.14.031.T001表1不同物种间功能OR基因数量分布项目功能基因假基因数量百分比/%猪1 11386188牛88182190小鼠1 20180292狗87220222鸡8215476在小鼠体内，7号染色体中OR基因数量最多，共252个，约占OR基因总数的19%；11和9号染色体分别有190、131个OR基因[10]。当OR基因的编码序列相距超过1 Mb，则认为其存在于不同的区域[11]。Nguyen等[8]研究发现，猪的OR基因中有1 301个功能基因和假基因，其中1 290个定位于16条猪染色体的46个不同的染色体区域，除了11、16、17和Y染色体不存在OR基因外，其他的染色体上均含有1~406个的OR基因。Lee等[9]研究发现，在牛的1 071个功能基因和假基因中，1 068个被定位到26条牛染色体的49个不同染色体区域，除第2、6、21、22、27和Y号染色体无OR基因外，其余染色体均含有1~303个OR基因。1.2OR基因的多态性动物的嗅觉能力与OR基因的多态性有关联，OR基因的一些特定等位基因存在于气味识别过程中，其单核苷酸多态性（SNP）与气味识别功能之间存在连锁关系[12]。高一龙等[13]对3个品种工作犬的OR基因的68个SNP位点进行了检测，发现4个SNP位点与嗅觉能力有关联。Yang等[14]使用Beckman GenomeLab SNPstream技术对警用德国牧羊犬中的28只公犬和20只母犬进行气味检测试验，发现12个OR基因外显子区中具有代表性的22个SNP位点，这些SNP基因型与犬的嗅觉能力之间存在联系，SNP基因型可能有助于提高犬对气味的鉴别能力。拷贝数变异（CNV）是指基因组中大于50 bp的DNA片段插入、缺失或重复[15-16]。CNVs可以作为一种与SNPs互补的遗传分子标记。Paudel等[17]研究发现，在猪属中鉴定了1 408个CNV区域，这些CNV区域包含了624个基因，进化速度比SNP快约2.5倍，这些拷贝数可变基因中的大多数是OR基因，在猪的觅食和寻找配偶方面发挥重要作用。路玉洁等[18]利用苯酚-氯仿法对33头隆林猪使用SNP芯片进行基因分析，在常染色体上共检测到260个CNVs，通过富集分析检测出13条与嗅觉相关的通路。欧阳峰正等[19]采用苯酚-氯仿法对“大白×民猪”F2代猪进CNV区域关联分析，采用qPCR方法对基因拷贝数验证，推测OR12D3基因的CNV可能与猪的生长性状相关。2OR的分类及功能2.1OR的分类由OR基因编码产生的蛋白质称为OR受体，其能够与气味分子结合，属于庞大的G蛋白偶联受体（GPCR）超家族，约含300~350个氨基酸[20]。ORs与其他GPCRs的区别在于几个保守的氨基酸序列，包括细胞内环内的LHTPMY基序、跨膜结构域3（TM3），末端最具特征的是MAYDRYVAIC基序、TM5末端非常短的SY基序、TM6起始处的FSTCSSH和TM7中的PMLNPF等[21]。Nguyen等[8]通过将猪、人、小鼠和犬4个物种的3 511个OR基因序列结合起来，根据猪、人、小鼠和狗之间的序列相似性，以60%以上的序列相似性为界限，序列同源性超过60%的种内OR亚家族基因能够与化学结构相似的气味剂结合，表明不同物种间具有高序列同源性的OR基因也可以识别类似的气味物质。根据OR基因的配体结合的化学性质，可将脊椎动物的OR分为2类：Ⅰ型和Ⅱ型。Ⅰ型OR是在鱼类和青蛙中发现，而Ⅱ型主要在哺乳动物中发现，通常被挥发性物质激活[22]。研究发现，所有鱼类的OR均属于Ⅰ类，而在哺乳动物中，大多数两栖动物和哺乳动物中大部分的OR属于Ⅱ类，Ⅰ型OR仅占10%左右[23]。2.2嗅觉组织中的OROR与气味的结合会引起一个电信号，该信号沿着轴突传播到大脑的主要嗅球，随后被传递到大脑的其他区域，实现对气味的感知以及情绪和行为反应[24]。研究表明，1个OR可以识别多种气味物质，1种气味物质可以被多个OR检测到，不同的气味物质可以被不同的OR组合识别，表明OR家族以组合方式编码气味特性，不同的气味剂被不同的OR组合检测到，并由此被编码。即使每种气味只被3个OR检测到，这种组合方案理论上也可以产生近十亿种不同的组合[25-26]。研究发现，在鼻黏膜能够分泌嗅觉结合蛋白（OBPs）。OBPs是可溶性蛋白质，充当从外部环境到嗅觉神经元的气味分子的载体，通过可逆性地结合疏水的气味剂，增强其与OR结合的能力，并可将一些气味分子转运以便其他的气味分子与OR结合[27]。2.3非嗅觉组织中的OROR不仅在嗅觉神经元中表达，在非嗅觉组织中也存在表达，包括心脏[28]、肺[29]、肾脏[30-31]、睾丸[32]等器官，这种广泛的表达被称为异位表达[33]。Kang等[34]使用RNA测序、微阵列和实时荧光定量PCR技术，检测到Olfr543、Olfr544、OIfr545和Olfr1349的mRNA在小鼠胰腺α细胞中高水平表达，其中Olfr544通过响应壬二酸，使小鼠胰岛α细胞中Ca2+动员来调节胰高血糖素分泌。Baker等[35]使用免疫组织化学技术对小鼠胚胎的表达进行了鉴定，结果发现，OR在神经嵴、内皮前体、血管内皮细胞、心内膜细胞、平滑肌、神经上皮和眼内组织中均有表达。OR基因在癌组织中存在高度表达的现象，Morita等[36]研究表明，异位OR在结肠癌、肝细胞癌、肺癌和小肠神经内分泌癌也均有表达，在结肠癌起始细胞中，异位OR（OR7C1）的存在显示出更高的致癌性。Fuessel等[37]通过实时荧光定量PCR技术，在106例原发性前列腺癌患者的前列腺组织中发现了OR51E1在肿瘤样本中显著上调，通过受试者工作特征曲线分析，将OR51E1的表达水平用于癌症诊断或康复的标准之一。3OR介导的信号通路OR主要存在于嗅觉神经元纤维表面的嗅觉上皮（OE），嗅觉上皮由三种细胞类型组成：嗅觉神经元、基底细胞和维持细胞。OR的表达仅限于嗅觉神经纤毛的表面[38]。在OE组织中，气味分子通过激活三聚体G蛋白，进而触发腺苷酸环化酶Ⅲ产生的cAMP，cAMP打开环状核苷酸门控离子通道，允许Ca2+和Na+离子内流，并在嗅神经元轴突中产生动作电位，将信号传递至大脑皮层[39-40]。在哺乳动物中，每个嗅觉神经元随机表达1个OR，这种现象被称为“一个神经元，一个受体”规则[41]。4嗅觉在畜禽生产中的作用动物主要通过嗅觉识别空气中的气味分子，进而确定食物来源和辨别食物[42]。哺乳动物的嗅觉依赖嗅觉感受器表面表达的1 000多种G蛋白偶联受体，每种受体识别1种结构的多个分子，而1个分子可能同时拥有多个可被识别的结构[43-44]。存在于动物鼻腔黏膜上皮嗅细胞中的大量ORs与进入鼻腔和口腔中的气味分子相结合，将化学信号变为电信号，通过神经传导到大脑皮层，使动物能够识别成千上万种不同的气味，对食物进行识别[45]。在生产中，一般会根据动物的嗅觉偏好，在饲料中加入一些适口性好的饲料添加剂，同时刺激畜禽的嗅觉和味觉器官，激发食欲，提高采食量[4]。饲料香味剂能够通过刺激动物的嗅觉诱导采食，还能够通过良好的口感和风味刺激味觉，提高动物采食量[46]。曹梦等[47]在犊牛中日粮添加了绿色剂、香味剂和甜味剂3种诱食剂，发现3种诱食剂均能够提高犊牛的采食量和日增重，诱食剂还可在一定程度提高犊牛抗病能力。邓洁明等[48]研究发现，日粮添加香味剂在一定程度上提高了猪的采食量和日增重。有研究表明，猪的嗅觉和味觉在提高食欲方面具有重要作用，猪的嗅觉发达，喜好甜食，因此在猪保育期在日粮中添加甜味剂可促进仔猪采食[49]。王丽宁等[50]研究发现，日粮中添加甜味剂氨茴酸甲酯，可以提高断奶仔猪生长性能，改善仔猪机体健康。研究表明，一些异位表达的OR在食欲调节中起作用[28,51]。Olfr78也被称为短链脂肪酸（SCFA）受体，通过肠道微生物发酵不可消化的多糖（如膳食纤维）产生，在结肠的内分泌细胞中表达，但Olfr78在胃肠激素分泌中的作用仍然未知。Nishida等[52]使用Olfr78缺陷小鼠作为动物模型，将小鼠肠分泌素肿瘤细胞系（STC-1）作为肠内分泌细胞模型，证明Olfr78在小鼠结肠和肠内分泌细胞中表达，Olfr78通过醋酸盐直接促进分泌细胞共表达食欲调节肠道激素酪酪肽（PYY）。Priori等[53]研究发现，OR51E1存在于猪的胃肠道中，在调节某些胃肠道激素的分泌中发挥重要作用。5展望根据动物的嗅觉偏好生产饲料添加剂，可以提高畜禽的采食量，提高养殖经济效益。目前，OR在昆虫上研究较多，在畜禽上研究较少，嗅觉在畜禽采食中的作用的研究将成为未来研究的热点。但调控OR基因表达的机制以及OR的气味配体等问题还有待进一步研究。