揭開昆蟲嗅覺奧秘 我國科學家找到害蟲防控新機制

嗅覺是動物感受世界的重要途徑，人類逐香味而惡惡臭，動物也是如此。而在自然界，許多昆蟲都是天生的「嗅覺大師」，靈敏度遠超人類，它們可以利用嗅覺覓食、求偶、躲避天敵、尋找產卵的溫床……

對人類來說，如果能夠掌握昆蟲利用嗅覺的密碼，那些給人類帶來災害的害蟲，或許能更好地防治。

通過嗅覺治蟲並不是幻想。近日，記者從中國農科院基因組所獲悉，我國科學家揭開瞭解昆蟲氣味受體離子通道門控機制，並順利找到綠色高效的昆蟲嗅覺行為調控劑。該成果發表於國際頂級學術期刊《科學（Science）》雜誌上。

嗅覺，昆蟲的利器

視覺、味覺、觸覺、嗅覺……這些感官功能，把動物和自然界連接起來，讓動物可以直觀地感受世界。

對人類來說，在眾多感官功能中，嗅覺可能不太引人關注，但如果缺失嗅覺，生活就可能受到嚴重的影響。而對一些特殊的昆蟲來說更是如此，甚至可能因此失去生存的能力。

早在2004年，就有國外科學家因發現哺乳動物嗅覺受體，因此獲得盧保獎。10年後，昆蟲氣味受體的存在也被揭開。

對許多昆蟲來說，嗅覺是它們生存的利器。中國農科院基因組所研究員王桂榮介紹，利用昆蟲嗅覺靈敏的特點，科學家們研發出許多防治害蟲的方法，比如研發出食誘劑；利用昆蟲覓食的行為來捕殺害蟲，研發出性誘劑；利用昆蟲求偶的行為捕殺害蟲；利用昆蟲尋找特定植株產卵的行為，研發出驅避劑，防止害蟲在農作物上產卵等。

然而，這些方式並沒有真正利用到昆蟲嗅覺發揮功能的機制。王桂榮介紹，這是因為，在過去，科學家們對嗅覺受體如何識別生物體內分子的機制，仍不完全瞭解。

過去幾十年中，如何揭開這一機制，並利用這一機制更好防控害蟲，是農業害蟲綠色防治中的熱點領域。王桂榮和他的團隊，一直致力於昆蟲嗅覺受體的功能鑒定，歷經十幾年的研究，找到了一種高通量的方法，併成功篩選得到綠色高效的昆蟲嗅覺行為調控劑。

「快跑，這裏有危險」

昆蟲依賴靈敏的嗅覺，感知環境中的化學信息。在嗅覺識別的過程中，氣味受體扮演著核心角色，它們被激活後能夠將外界的化學信號轉化為生物電信號，從而介導昆蟲相應的行為反應。

報警信息素受體就是其中的一種。研究發現，大多數蚜蟲在遇到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。

這一機制成了揭開難題的突破口。在前期工作中，王桂榮團隊成功揭示了蚜蟲識別報警信息素的新機制，並進一步闡明了報警信息素如何巧妙地調控天敵昆蟲精準定位蚜蟲的內在機制，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報警信息素及其類似物，作為昆蟲行為調控劑的巨大潛力。在隨後的研究中，科研人員借助前沿的雪藏電鏡技術，深入探究了豌豆蚜報警信息素受體復合物的結構特性，成功解析了其不同狀態下，高解像度雪藏電子顯微鏡結構。

更多的研究以此展開，科學家們更全面地理解了報警信息素受體復合物的動態組裝和功能，揭示了異源四聚體亞基化學計量的分子基礎。

據介紹，這一研究首次展示了昆蟲OR-Orco異源復合物在獨立（封閉通道）和配體結合（開放通道）兩種狀態下的獨特結構，而且深入揭示了昆蟲氣味識別通道門控的分子機制。

研製，更高效的綠色農藥

昆蟲嗅覺行為調控劑的應用，是全球公認的綠色防控技術，具有生物靈敏度高、選擇性強、環境友好等優點，能實現害蟲的長期控制。以嗅覺靶標為出發點，開發行為調控劑已成為當前研究的重要方向。

王桂榮團隊突破性的發現，為基於靶標結構的先導化合物篩選，提供了分子基礎，為高效、特異性綠色昆蟲行為調控劑的創製，開闢了新的道路。同時，也為科學合理地開發蚜蟲綠色防控技術提供了強有力的理論支撐和實踐指導，具有重要的科學意義和實際應用價值。該研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、深圳市科技計劃項目、中國農業科學院農業科技創新工程等項目的資助。

中國科學院院士康樂表示，昆蟲氣味受體被發現已有二十多年，但OR-Orco復合物的三維結構一直是個待解之謎。這一里程碑式的突破，為基於結構生物學高通量篩選殺蟲劑和驅避劑奠定了理論基礎。

中國工程院院士、貴州大學校長桑治寶安表示，創製靶向小分子綠色農藥，是國際前沿研究課題，也是國家重大戰略需求，王桂榮團隊深入剖析了氣味受體與配體互作機制，為開發高效、綠色的行為調控劑奠定了理論基礎，將顯著增強我國在昆蟲行為調控劑研究領域的核心競爭力，有望催生一批綠色、高效的昆蟲行為調控新產品。

新京報記者 周懷宗

編輯 張樹婧 校對 盧茜