来源：BioArt 2025-12-04 10:08

这两项研究都揭示了蚂蚁嗅觉神经元特异性受体的选择性表达机制，它们独立演化出了一套基于转录干扰的独特机制来实现单一气味受体的表达。

为确保感知的特异性，感觉神经元必须从庞大的基因家族中选择并表达单一受体，遵循"一个神经元只表达一种受体"的原则。例如，哺乳动物的每个嗅觉感觉神经元仅表达一个气味受体（Or）基因。在拥有约60个气味受体基因的果蝇中，这种选择是确定性机制调控的；而小鼠则需从逾千个选项中完成选择，它们通过复杂的随机选择系统解决这一难题。蚂蚁同样拥有大量气味受体基因，且大多是串联阵列形式，与哺乳动物的基因排列类似，但其调控机制却仍不清楚。

近日，来自美国纽约大学的Claude Desplan，佛罗里达大学Hua Yan和迈阿密大学Danny Reinberg团队在Nature上发表题为Transcriptional interferences ensure oneolfactory receptor per ant neuron的文章，发现在跳镰猛蚁（Harpegnathos saltator）的嗅觉感觉神经元中，每个神经元会激活气味受体基因阵列中的单个启动子，产生成熟的加帽多聚腺苷酸化mRNA。

虽然阵列中下游基因的启动子处于失活状态，但由于活性启动子引发的转录通读现象，所有下游基因仍会被转录。这种通读转录通过转录干扰抑制下游启动子功能，产生异常的无帽转录本而无法翻译，从而确保只有活性基因能正常表达。与此同时，从该启动子起始的长链反义转录本会覆盖上游基因，可能通过类似机制使其沉默。

为探究蚂蚁触角中Or基因的表达模式，研究人员首先进行了多模态单核RNA测序与单核ATAC测序联合分析，发现表达同一基因组阵列Or基因的神经元聚集形成独立簇群，提示它们具有共享基因表达特征，以及Or基因具有独特的表达规律：位于阵列3 端的基因表达范围更广泛，而仅少数细胞群体在表达最5 端基因的同时共表达3 端基因。为展示单细胞层面的表达情况，他们绘制了热图：X轴按基因组阵列分组排列Or基因，Y轴按神经元最上游表达基因进行排序，发现呈现出清晰的"阶梯式"模式，任一基因的表达均伴随其下游所有基因的共转录。

他们还注意到热图中表达量随距首表达基因距离增加而递减，并通过量化分析验证基因表达水平随其与首转录基因距离的增加而逐级递减。他们利用多组学数据分析，根据首表达基因对神经元分组，评估阵列内各启动子的染色质可及性，发现首转录基因的启动子是整个阵列中唯一具有ATAC-seq峰值的可及性启动子，说明转录从单个启动子起始，随后通过通读机制转录下游基因。

接下来他们进行批量长读长RNA测序，发现绝大多数Or基因转录本均被处理成独立的polyA化mRNA，说明Or基因转录本具有功能性polyA加尾信号并能正常加工为独立mRNA。当RNA聚合酶II转录通过polyA加尾位点后，mRNA发生切割并加尾，而聚合酶仍继续转录polyA位点3 下游序列。

此时核酸外切酶Xrn2被招募至失控转录本的5 端，快速降解新生RNA链，其降解速度超越移动较慢的RNA聚合酶II并最终使其从DNA模板解离。若Or基因表达细胞中外切酶活性降低，将导致RNA聚合酶II持续转录下游基因，从而产生通读现象。

单核长读长RNA测序分析发现映射至首表达基因的读段起始位置精确累积在转录起始位点，而映射至下游Or基因的读段不仅未在其TSS处富集，反而呈现随机分布的起始位点，结合下游启动子区域染色质不可及性，表明转录仅起始于每个细胞中的首表达基因，下游基因转录本的5 端并非成熟mRNA，而是移动缓慢的外切酶对新生转录本进行不完全消化的产物，这使得更快速的RNA聚合酶II得以持续转录下游基因。

除正义链转录外，他们还发现每个Or启动子还能驱动反义链转录，在特定Or基因启动转录的细胞中，该基因上游存在广泛的反义转录，形成正义链与反义链转录本相互排斥的覆盖模式。并且Or基因阵列所有启动子均存在反义链上的双向读段定位，表明每个启动子包含正义链与反义链上的成对核心元件。

除了这项研究，几乎同一时间，来自美国洛克菲勒大学的Daniel J.C. Kronauer研究团队在Current Biology上也发表了题为Transcriptional interference gates monogenic odorant receptor expression in ants的文章，发现在双刺猛蚁（Ooceraea biroi）中，向Or下游方向的通读转录会产生非翻译转录本，且Or启动子具有双向性，能够产生反义长链非编码RNA。

通读转录与反义转录均不产生功能性RNA，但双向转录本身对抑制串联阵列中其他所有Or基因的表达具有关键作用，且这种依赖双向转录干扰确保单基因受体表达的机制在蚂蚁和其他社会学昆虫中保守。

总的来说，这两项研究都揭示了蚂蚁嗅觉神经元特异性受体的选择性表达机制，它们独立演化出了一套基于转录干扰的独特机制来实现单一气味受体的表达。

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41586-025-09664-x

https://doi.org/10.1016/j.cub.2025.09.026

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