當(dāng)我們深吸一口氣，鼻子的靈敏感受器會(huì)捕捉到各種氣味，而昆蟲(chóng)也依賴這種神奇的嗅覺(jué)能力來(lái)感知環(huán)境。不同于人類的簡(jiǎn)單判斷，昆蟲(chóng)通過(guò)氣味來(lái)尋找食物、避免天敵，甚至尋找伴侶。那么，它們是如何做到這一切的呢？
6月14日，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)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(chóng)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(mén)控機(jī)制，從而為針對(duì)氣味受體的新型昆蟲(chóng)綠色行為調(diào)控劑的研發(fā)奠定了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。
報(bào)警信息素：“快跑！這里有危險(xiǎn)”
昆蟲(chóng)依賴靈敏的嗅覺(jué)感知環(huán)境中的化學(xué)信息。在嗅覺(jué)識(shí)別的過(guò)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)化為生物電信號(hào)，從而介導(dǎo)昆蟲(chóng)相應(yīng)的行為反應(yīng)。
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(chóng)在遇天敵攻擊或者其它危險(xiǎn)時(shí)，會(huì)從腹管中釋放出含有報(bào)警信息素（(E)-β-farnesene，簡(jiǎn)稱EBF ) 的小液滴，“警告”鄰近的蚜蟲(chóng)快速逃離或掉落。
王桂榮團(tuán)隊(duì)在前期工作中，成功揭示了蚜蟲(chóng)識(shí)別報(bào)警信息素的新機(jī)制，并進(jìn)一步闡明了報(bào)警信息素如何巧妙地調(diào)控天敵昆蟲(chóng)精準(zhǔn)定位蚜蟲(chóng)的內(nèi)在機(jī)制，為理解昆蟲(chóng)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(chóng)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(bào)警信息素受體ApOR5-Orco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(dòng)，導(dǎo)致不對(duì)稱孔開(kāi)口以供離子流入。
通過(guò)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(chóng)OR-Orco異源復(fù)合物在獨(dú)立（封閉通道）和配體結(jié)合（開(kāi)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(chóng)氣味識(shí)別通道門(mén)控的分子機(jī)制。
研制更高效的綠色農(nóng)藥
昆蟲(chóng)嗅覺(jué)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(chóng)的長(zhǎng)期控制。以嗅覺(jué)靶標(biāo)為出發(fā)點(diǎn)，開(kāi)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(chóng)行為調(diào)控劑的創(chuàng)制開(kāi)辟了新的道路。同時(shí)，也為科學(xué)合理地開(kāi)發(fā)蚜蟲(chóng)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。
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(lè)：
昆蟲(chóng)依賴靈敏的嗅覺(jué)感知環(huán)境中的化學(xué)信息，在嗅覺(jué)識(shí)別的過(guò)程中，嗅覺(jué)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(chóng)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(chóng)特異性受體和共受體形成OR-Orco復(fù)合物，共同介導(dǎo)昆蟲(chóng)取食、交配等重要行為反應(yīng)。盡管昆蟲(chóng)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(chóng)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(guò)程中特殊的離子通道門(mén)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(chóng)劑和驅(qū)避劑奠定了理論基礎(chǔ)，將有力推動(dòng)害蟲(chóng)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。基于靈敏的嗅覺(jué)研發(fā)的害蟲(chóng)引誘劑和驅(qū)避劑是全球公認(rèn)的綠色防控技術(shù)，嗅覺(jué)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(chóng)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(chóng)嗅覺(jué)編碼機(jī)制研究領(lǐng)域的重大突破，為開(kāi)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(chóng)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(chóng)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(jué)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(chóng)氣味受體的存在。隨后，人們認(rèn)識(shí)到這些昆蟲(chóng)氣味受體需要與共受體結(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(guò)OR-Orco復(fù)合物來(lái)識(shí)別氣味分子。這篇具有開(kāi)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(jué)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(chóng)這一重要的農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)，這些發(fā)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)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。
