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秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)生存于复杂的土壤环境中,具备了结构简单但功能完善的神经系统,尤其是其发达的化感体系,使其成为研究神经系统发育和相关行为的重要模式生物。线虫的化感神经元主要集中在头部,共12对,均具有纤毛结构,线虫通过这些化感神经元可检测环境中多种化学物质及环境条件。例如线虫可检测挥发性、水溶性等物质,以及温度、氧浓度和pH等环境条件,而这些信号往往是与食物、危险等环境因子联系在一起。线虫以这些信号为线索,判断环境利害,产生趋化、逃避等一系列的应激行为。在线虫的化感应激行为中,由其嗅觉神经元介导的对挥发性物质的检测和应答反应最为迅速,这也是它寻找、追踪食物,远离病原菌和危险环境的最佳工具。除了食物性细菌可以产生吸引线虫的物质外,最近的研究表明,许多病原微生物也能对线虫产生强烈的吸引,包括常见的病原细菌Pseudomonas aeruginosa和Serratia marcescens等。对于病原细菌可产生吸引线虫化合物,已有一些报道(Liu et.al.,2006),但对于线虫是如何错误地感知这些化合物?尤其对于线虫感知的分子机制基本是一无所知的。以线虫为模式生物,研究嗅觉神经感知病原菌产生的特定信号分子的分子机制是生命科学领域的重要科学问题,同时感知过程相关的重要基因也是药物开发的重要靶点分子。因此,本文选取前期本实验室已证明能产生吸引线虫化合物的杀线虫芽孢杆菌(Bacillus nematocida) B16为研究对象,从该菌产生的吸引线虫的挥发性物质入手,针对线虫对病原细菌吸引性信号分子未知的感知途径这一背景,分别检测杀线虫芽孢杆菌B16产生的挥发性信号分子对秀丽隐杆线虫的吸引能力,并确定感受这些挥发性物质的神经元。在此基础上,重点检测了杀线虫芽孢杆菌B16菌株产生的吸引性信号分子,2—庚酮完整的信号转导途径,阐明病原微生物与宿主之间的相互关系及其作用分子机制,为信息化合物在线虫生物防治方面的应用奠定理论基础。本研究主要获得以下结果：1、确定线虫中介导感知杀线虫芽孢杆菌B16吸引的主要神经元。通过对线虫两对嗅觉神元AWA和AWC功能突变株odr-1、odr-7的趋化性检测,发现基因突变后,线虫对杀线虫芽孢杆菌B16的趋化指数均降低,而AWC嗅觉神经元对该过程的影响极为明显,因此,确定线虫感知菌株B16吸引的过程中,AWC神经元起主导作用。2、确定杀线虫芽孢杆菌B16产生的主要吸引性信号分子,以及介导了线虫对这些吸引性信号分子感知的神经元。在菌株B16产生的分子信号中,具有显著吸引线虫能力的物质为：苯甲醛、2-庚酮和2-乙基己醇。其中,线虫对挥发性吸引物质苯甲醛和2—庚酮的感知主要由AWC嗅觉神经元介导；对2-乙基已醇的感知主要由AWA嗅觉神经元介导。3、确定AWC神经元中的STR-2为感知2—庚酮的特异性受体。目前秀丽隐杆线虫中已知的嗅觉配体-受体对应关系的发现及相关研究较少,仅有AWA神经元表达的GPCR ODR-10与配体丁二酮关系己知。通过检测基因突变线虫对2—庚酮的趋化性,我们发现基因str-2突变的线虫丧失了感知2—庚酮的能力,但是感知苯甲醛和2—乙基己醇的能力并未受到影响,从线虫表型上说明STR-2为线虫感知2—庚酮的受体。通过在哺乳动物细胞HEK293T中,异源表达基因Str-2,并进行免疫荧光检测,发现该基因表达在细胞膜上；通过Fura2-AM离子探针对钙浓度进行检测,发现在2—庚酮处理后,胞内钙离子浓度明显提高,而施加的2—庚酮的浓度与趋化性检测浓度一致,从而在细胞水平进一步验证了STR-2为2—庚酮的特异性受体。4、确定了线虫感受2—庚酮的嗅觉信号转导途径。通过RNA干扰与基因突变株结合的方法检测影响线虫对2—庚酮趋化的基因,包括：G蛋白的a亚基(odr-3,gpa-3,egl-30),鸟苷酸环化酶(odr-1,daf-11),磷脂酶C(plc-1.egl-8),钙离子通道(cmk-1,cal-1)等成分。发现在线虫感知2—庚酮吸引过程中,PLC途径与cGMP途径对于趋化过程均有明显影响。但通过回复实验证实,cGMP途径主要影响受体STR-2的表达,PLC途径才是线虫感知2—庚酮信号转导的主要胞内途径。本文的创新性：1、首次发现了2-乙基己醇对线虫的吸引作用,并确定了线虫感知该物质的神经元。2、本论文首次确定了G蛋白偶联受体STR-2的配体信号分子——2-庚酮,并异源表达验证了该受体功能,是继1997年ODR-10研究后第二个确定其功能的受体。3、首次提出AWC神经元中存在非cGMP介导的嗅觉信号转导途径。