人民政協(xié)網(wǎng)6月17日電（記者 高志民）在生物學(xué)家眼中，昆蟲是如何感知氣味的？又是如何做出行為反應(yīng)的？成了研究昆蟲化學(xué)生態(tài)學(xué)的重要課題。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院王桂榮和他的團隊一直致力于昆蟲嗅覺受體的功能鑒定，簡單來說，就是找到調(diào)控昆蟲行為的氣味分子，然而，氣味分子成千上萬，找到特定行為反應(yīng)的關(guān)鍵受體無疑是大海撈針，歷經(jīng)十幾年的研究，王桂榮和他的團隊找到了一種高通量的方法，并成功篩選得到綠色高效的昆蟲嗅覺行為調(diào)控劑。

北京時間2024年6月14日凌晨2時，國際頂級學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)（Science）》在線發(fā)表了中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所（嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實驗室深圳分中心）王桂榮團隊與華中農(nóng)業(yè)大學(xué)殷平教授團隊、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護研究所等單位合作完成的最新研究成果：“昆蟲氣味受體 OR-Orco 異聚體識別氣味分子的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)”，研究解析了豌豆蚜（Acyrthosiphon pisum）報警信息素受體ApOR5-Orco異源四聚體的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，揭示了氣味配體誘導(dǎo)的氣味受體離子通道門控機制，從而為針對氣味受體的新型昆蟲綠色行為調(diào)控劑的研發(fā)奠定了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

昆蟲依賴靈敏的嗅覺感知環(huán)境中的化學(xué)信息。在嗅覺識別的過程中，氣味受體（OR）扮演著核心角色，它們被激活后能夠?qū)⑼饨绲幕瘜W(xué)信號轉(zhuǎn)化為生物電信號，從而介導(dǎo)昆蟲相應(yīng)的行為反應(yīng)。

報警信息素受體就是其中的一種，研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)蚜蟲在遇天敵攻擊或者其他危險時，會從腹管中釋放出含有報警信息素的小液滴，“警告”鄰近的蚜蟲快速逃離或掉落。王桂榮團隊在前期工作中，成功揭示了蚜蟲識別報警信息素的新機制，并進一步闡明了報警信息素如何巧妙地調(diào)控天敵昆蟲精準(zhǔn)定位蚜蟲的內(nèi)在機制，為理解昆蟲間的相互作用提供了新的視角。這些研究成果展示了EBF及其類似物作為昆蟲行為調(diào)控劑的巨大潛力。

該研究借助前沿的冷凍電鏡技術(shù)，深入探究豌豆蚜報警信息素受體復(fù)合物的結(jié)構(gòu)特性，成功解析了ApOR5-Orco在配體結(jié)合和未結(jié)合狀態(tài)下的高分辨率冷凍電子顯微鏡結(jié)構(gòu)。

研究發(fā)現(xiàn)，僅ApOR5亞基具有配體結(jié)合能力，而ApOrco亞基則作為支撐結(jié)構(gòu)不結(jié)合配體。當(dāng)ApOR5亞基與配體結(jié)合后，其成孔螺旋S7b從孔中央向外移動，導(dǎo)致不對稱孔開口以供離子流入。

通過單分子熒光試驗和細(xì)胞電生理試驗，更全面地理解ApOR5-Orco復(fù)合物的動態(tài)組裝和功能，揭示了異源四聚體亞基化學(xué)計量的分子基礎(chǔ)。

該研究不僅首次展示了昆蟲OR-Orco異源復(fù)合物在獨立（封閉通道）和配體結(jié)合（開放通道）兩種狀態(tài)下的獨特結(jié)構(gòu)，而且深入揭示了昆蟲氣味識別通道門控的分子機制。

研制更高效的綠色農(nóng)藥

昆蟲嗅覺行為調(diào)控劑的應(yīng)用是全球公認(rèn)的綠色防控技術(shù)，具有生物靈敏度高、選擇性強、環(huán)境友好等優(yōu)點，能實現(xiàn)害蟲的長期控制。以嗅覺靶標(biāo)為出發(fā)點，開發(fā)行為調(diào)控劑已成為當(dāng)前研究的重要方向。

這一突破性的發(fā)現(xiàn)，為基于靶標(biāo)結(jié)構(gòu)的先導(dǎo)化合物篩選提供了寶貴的分子基礎(chǔ)，為高效、特異性綠色昆蟲行為調(diào)控劑的創(chuàng)制開辟了新的道路。同時，也為科學(xué)合理地開發(fā)蚜蟲綠色防控技術(shù)提供了強有力的理論支撐和實踐指導(dǎo)，具有重要的科學(xué)意義和實際應(yīng)用價值。

該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、深圳市科技計劃項目、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程等項目的資助。