遇天敌攻击如何“报警”——我国科研人员破译昆虫嗅觉“密码”

  炎炎夏日,正是农作物生长的时机,也是害虫肆虐的季节。为了避免害虫啃噬庄稼,农民往往会喷洒农药,但这也会带来许多问题,比如农药残留、污染……中国农业科学院深圳农业基因组研究所(岭南现代农业科学与技术广东省实验室深圳分中心)研究员王桂荣说:“有的害虫的抗药性愈加严重,有的昆虫放在药里泡都泡不死”。
  为了解决这些问题,王桂荣及其团队决定从昆虫的嗅觉入手,研究有关昆虫行为的调控技术。“嗅觉在昆虫的取食、产卵等过程中起着非常重要的作用。”王桂荣认为,可以通过微量的化学气味将昆虫引诱到特定地点集中杀灭。
  如何掌控昆虫的嗅觉“密码”?近日,国际学术期刊《科学》(Science)在线发表了王桂荣团队与华中农业大学教授殷平团队、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。团队成功解析了害虫豌豆蚜的气味受体精细结构,揭示了气味受体在嗅觉调控过程中的分子机制,为新型昆虫绿色农药的研发奠定了基础。
  深吸一口气,涌入鼻腔的,也许是雨后清晨花草的芬芳,抑或垃圾堆飘来的阵阵恶臭,前者令人神清气爽,后者令人捂鼻作呕……气味,成为人们选择亲近或逃离的重要判断标准,对于昆虫来说,则是它们赖以延续的生存法则。
  王桂荣介绍,昆虫依赖嗅觉感知环境中的化学信息。在昆虫嗅觉识别的过程中,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,从而影响昆虫相应的行为反应。
  报警信息素受体就是其中一种。研究发现,大多数蚜虫在遇天敌攻击或者其他危险时,会从腹管中释放出含有报警信息素的小液滴,“警告”邻近的蚜虫快速逃离。
  与脊椎动物单个受体发挥独立功能不同,绝大多数昆虫通过特异性受体和共受体(Orco)结合形成OR-Orco复合物,共同影响昆虫取食、交配等重要行为反应。尽管昆虫气味受体被发现已有20多年,但OR-Orco复合物的三维结构一直是个待解之谜。此项研究在国际上首次解析了昆虫OR-Orco复合体的精细结构特性。
  “这一里程碑式的突破,为基于结构生物学高通量筛选杀虫剂和驱避剂奠定了理论基础,将有力推动害虫绿色防控新产品研发进程,为实现安全、绿色、可持续的农业生产模式提供强有力的支撑。”中国科学院院士康乐给出这一评价。
  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报警信息素及其类似物作为昆虫行为调控剂的巨大潜力。
  欧洲科学院院士、中国科学院外籍院士比尔·汉森回忆,2004年,两位科学家因发现哺乳动物嗅觉受体而获诺贝尔奖。国际科研团队进一步揭示了昆虫气味受体的存在。后来,科学家认识到这些昆虫的气味受体需要和共受体结合,才能高效地发挥其功能。
  他认为,如今王桂荣团队研究成果具有深远意义,因为人类对嗅觉受体如何识别生物体内分子的机制,仍不完全了解。此外,研究聚焦于蚜虫这一重要的农业害虫,这些发现对农业害虫防控具有潜在的应用价值。
  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。
  如今,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。
  “创制靶向小分子绿色农药是国际前沿研究课题,也是国家重大战略需求。基于灵敏的嗅觉研发的害虫引诱剂和驱避剂,是全球公认的绿色防控技术,嗅觉受体结构未知是研发高效引诱剂和驱避剂的卡点。”中国工程院院士、贵州大学校长宋宝安说。
  在他看来,王桂荣团队揭示了昆虫气味受体OR-Orco复合物的三维结构,深入剖析了气味受体与配体互作机制,是昆虫嗅觉编码机制研究领域的重大突破,有望催生一批绿色、高效的昆虫行为调控新产品。
  中青报·中青网见习记者 李瑞璇 记者 樊未晨 (来源:中国青年报)