蚜虫  视觉中国 资料图

昆虫是如何感知气味的？又是如何做出行为反应的？是研究昆虫化学生态学的重要课题。

北京时间2024年6月14日凌晨2时，国际顶级学术期刊《科学（Science）》在线发表了中国农业科学院深圳农业基因组研究所（岭南现代农业广东省实验室深圳分中心）王桂荣团队与华中农业大学殷平教授团队、中国农业科学院植物保护研究所等单位合作完成的最新研究成果：“Structural basis for odorant recognition of the insect odorant receptor OR-Orco heterocomplex（昆虫气味受体 OR-Orco 异聚体识别气味分子的结构基础）”，研究解析了豌豆蚜（Acyrthosiphon pisum）报警信息素受体ApOR5-Orco异源四聚体的冷冻电镜结构，揭示了气味配体诱导的气味受体离子通道门控机制，从而为针对气味受体的新型昆虫绿色行为调控剂的研发奠定了结构基础。

王桂荣和他的团队一直致力于昆虫嗅觉受体的功能鉴定，简单来说，就是找到调控昆虫行为的气味分子，然而，气味分子成千上万，找到特定行为反应的关键受体无疑是大海捞针，历经十几年的研究，王桂荣和他的团队找到了一种高通量的方法，并成功筛选得到绿色高效的昆虫嗅觉行为调控剂。

昆虫依赖灵敏的嗅觉感知环境中的化学信息。在嗅觉识别的过程中，气味受体（OR）扮演着核心角色，它们被激活后能够将外界的化学信号转化为生物电信号，从而介导昆虫相应的行为反应。

报警信息素受体就是其中的一种，研究发现，大多数蚜虫在遇天敌攻击或者其它危险时，会从腹管中释放出含有报警信息素（(E)-β-farnesene，简称EBF ) 的小液滴，“警告”邻近的蚜虫快速逃离或掉落。王桂荣团队在前期工作中，成功揭示了蚜虫识别报警信息素的新机制，并进一步阐明了报警信息素如何巧妙地调控天敌昆虫精准定位蚜虫的内在机制，为理解昆虫间的相互作用提供了新的视角。这些研究成果展示了EBF及其类似物作为昆虫行为调控剂的巨大潜力。

该研究借助前沿的冷冻电镜技术，深入探究豌豆蚜报警信息素受体ApOR5-Orco复合物的结构特性，成功解析了ApOR5-Orco在配体结合和未结合状态下的高分辨率冷冻电子显微镜结构。

研究发现，仅ApOR5亚基具有配体结合能力，而ApOrco亚基则作为支撑结构不结合配体。当ApOR5亚基与配体结合后，其成孔螺旋S7b从孔中央向外移动，导致不对称孔开口以供离子流入。

通过单分子荧光试验和细胞电生理试验，更全面地理解ApOR5-Orco复合物的动态组装和功能，揭示了异源四聚体亚基化学计量的分子基础。

该研究不仅首次展示了昆虫OR-Orco异源复合物在独立（封闭通道）和配体结合（开放通道）两种状态下的独特结构，而且深入揭示了昆虫气味识别通道门控的分子机制。

昆虫嗅觉行为调控剂的应用是全球公认的绿色防控技术，具有生物灵敏度高、选择性强、环境友好等优点，能实现害虫的长期控制。以嗅觉靶标为出发点，开发行为调控剂已成为当前研究的重要方向。

这一突破性的发现，为基于靶标结构的先导化合物筛选提供了宝贵的分子基础，为高效、特异性绿色昆虫行为调控剂的创制开辟了新的道路。同时，也为科学合理地开发蚜虫绿色防控技术提供了强有力的理论支撑和实践指导，具有重要的科学意义和实际应用价值。

中国农业科学院深圳农业基因组研究所（简称“基因组所”）与华中农业大学联合培养博士后王意东、华中农业大学博士生邱靓和中国农科院植保所王冰研究员为论文共同第一作者，基因组所王桂荣研究员和华中农业大学殷平教授为共同通讯作者。华中农业大学马伟华教授、刘主教授、中国科学院武汉精密测量科学与技术创新研究院龚洲副研究员、中国农业大学张立伟副教授和华中师范大学曹松讲师等也参与了研究工作。华中农业大学校级蛋白质平台和电镜中心对该工作提供了支持。冷冻电镜数据收集在中国科学技术大学冷冻电镜中心完成，该中心高永翔博士为电镜数据收集提供了技术支持。

该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、深圳市科技计划项目、中国农业科学院农业科技创新工程等项目的资助。