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害蟲綠色防控研發(fā)有了里程碑式的突破
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?dú)馕兜?？又是如何做出行為反?yīng)的？成了研究昆蟲化學(xué)生態(tài)學(xué)的重要課題。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院王桂榮和他的團(tuán)隊(duì)一直致力于昆蟲嗅覺受體的功能鑒定，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，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(wàn)，找到特定行為反應(yīng)的關(guān)鍵受體無(wú)疑是大海撈針，歷經(jīng)十幾年的研究，王桂榮和他的團(tuán)隊(duì)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(shí)間2024年6月14日凌晨2時(shí)，國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)（Science）》在線發(fā)表了中國(guó)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(shí)驗(yàn)室深圳分中心）王桂榮團(tuán)隊(duì)與華中農(nóng)業(yè)大學(xué)殷平教授團(tuán)隊(duì)、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)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(shí)別氣味分子的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)”，研究解析了豌豆蚜（Acyrthosiphon pisum）報(bào)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(jī)制，從而為針對(duì)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(shí)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(hào)轉(zhuǎn)化為生物
報(bào)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
該研究借助前沿的冷凍電鏡技術(shù)，深入探究豌
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(dòng)，導(dǎo)致不對(duì)稱孔開口以供離子流入。
通過單分子熒光試驗(yàn)和細(xì)胞電生理試驗(yàn)，更全面地理解ApOR5-Orco復(fù)合物的動(dòng)態(tài)組裝和功能，揭示了異源四聚體亞基化學(xué)計(jì)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(dú)立（封閉通道）和配體結(jié)合（開放通道）兩種狀態(tài)下的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，而且深入揭示了昆蟲氣味識(shí)別通道門控的分子機(jī)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(qiáng)、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)害蟲的長(zhǎng)期控制。以嗅覺靶標(biāo)為出發(fā)點(diǎn)，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(shí)，也為科學(xué)合理地開發(fā)蚜蟲綠色防控技術(shù)提供了強(qiáng)有力的理論支撐和實(shí)踐指導(dǎo)，具有重要的科學(xué)意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、深圳市科技計(jì)劃項(xiàng)目、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程等項(xiàng)目的資助。
專家點(diǎn)評(píng)
中國(guó)科學(xué)院院士、美國(guó)科學(xué)院外籍院士康樂：
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(shí)別的過程中，嗅覺受體神經(jīng)膜上的氣味受體扮演著核心角色，它們能夠?qū)⑼饨绲幕瘜W(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)化為生物電信號(hào)，介導(dǎo)昆蟲相應(yīng)的行為反應(yīng)。與脊椎動(dòng)物單個(gè)受體具有功能不同，絕大多數(shù)昆蟲特異性受體和共受體形成OR-Orco復(fù)合物，共同介導(dǎo)昆蟲取食、交配等重要行為反應(yīng)。
盡管昆蟲氣味受體被發(fā)現(xiàn)已有二十多年，但OR-Orco復(fù)合物的三維結(jié)構(gòu)一直是個(gè)待解之謎。
該項(xiàng)研究在國(guó)際上首次解析了昆蟲OR-Orco復(fù)合體的精細(xì)結(jié)構(gòu)特性，揭示了氣味識(shí)別過程中特殊的離子通道門控機(jī)制。這一里程碑式的突破為基于結(jié)構(gòu)生物學(xué)高通量篩選殺蟲劑和驅(qū)避劑奠定了理論基礎(chǔ)，將有力推動(dòng)害蟲綠色防控新產(chǎn)品研發(fā)進(jìn)程，為實(shí)現(xiàn)安全、綠色、可持續(xù)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式提供強(qiáng)有力的支撐。
中國(guó)工程院院士、貴州大學(xué)校長(zhǎng)宋寶安：
創(chuàng)制靶向小分子綠色農(nóng)藥是國(guó)際前沿研究課題，也是國(guó)家重大戰(zhàn)略需求?；陟`敏的嗅覺研發(fā)的害蟲引誘劑和驅(qū)避劑是全球公認(rèn)的綠色防控技術(shù)，嗅覺受體結(jié)構(gòu)未知是研發(fā)高效引誘劑和驅(qū)避劑的卡點(diǎn)。該研究團(tuán)隊(duì)揭示了昆蟲氣味受體OR-Orco復(fù)合物的三維結(jié)構(gòu)，深入剖析了氣味受體與配體互作機(jī)制，是昆蟲嗅覺編碼機(jī)制研究領(lǐng)域的重大突破，為開發(fā)高效、綠色的行為調(diào)控劑奠定了理論基礎(chǔ)，顯著增強(qiáng)我國(guó)在昆蟲行為調(diào)控劑研究領(lǐng)域的核心競(jìng)爭(zhēng)力，有望催生一批綠色、高效的昆蟲行為調(diào)控新產(chǎn)品。
歐洲科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院外籍院士Bill Hansson：
2004年，Linda Buck和Richard Axel因發(fā)現(xiàn)哺乳動(dòng)物嗅覺受體而榮獲諾貝爾獎(jiǎng)。十年后，Leslie Vosshall及其他團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步揭示了昆蟲氣味受體的存在。隨后，人們認(rèn)識(shí)到這些昆蟲氣味受體需要與其受體結(jié)合，才能高效地發(fā)揮其功能。 如今，深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所的王桂榮實(shí)驗(yàn)室與武漢華中農(nóng)業(yè)大學(xué)的殷平教授團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)》雜志上聯(lián)合發(fā)表了一篇論文，詳細(xì)闡述了如何通過OR-Orco復(fù)合物來(lái)識(shí)別氣味分子。
這篇具有開創(chuàng)性的論文的第一作者是王意東和邱靚等人。這一研究成果具有深遠(yuǎn)的意義，因?yàn)槲覀儗?duì)嗅覺受體如何識(shí)別生物體內(nèi)分子的機(jī)制仍不完全了解。此外，他們的研究聚焦于蚜蟲這一重要的農(nóng)業(yè)害蟲，這些發(fā)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)害蟲防控具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。我們衷心祝賀王桂榮和殷平團(tuán)隊(duì)所取得的成就，并期待他們未來(lái)能取得更大的成功。
編輯：張芳鳴
