炎炎夏日，正是農(nóng)作物生長(zhǎng)的時(shí)機(jī)，也是害蟲肆虐的季節(jié)。為了避免害蟲啃噬莊稼，農(nóng)民往往會(huì)噴灑農(nóng)藥，但這也會(huì)帶來許多問題，比如農(nóng)藥殘留、污染……中國農(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)研究員王桂榮說：“有的害蟲的抗藥性愈加嚴(yán)重，有的昆蟲放在藥里泡都泡不死”。
為了解決這些問題，王桂榮及其團(tuán)隊(duì)決定從昆蟲的嗅覺入手，研究有關(guān)昆蟲行為的調(diào)控技術(shù)�！靶嵊X在昆蟲的取食、產(chǎn)卵等過程中起著非常重要的作用。”王桂榮認(rèn)為，可以通過微量的化學(xué)氣味將昆蟲引誘到特定地點(diǎn)集中殺滅。
如何掌控昆蟲的嗅覺“密碼”？近日，國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》(Science)在線發(fā)表了王桂榮團(tuán)隊(duì)與華中農(nóng)業(yè)大學(xué)教授殷平團(tuán)隊(duì)、中國農(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。團(tuán)隊(duì)成功解析了害蟲豌豆蚜的氣味受體精細(xì)結(jié)構(gòu)，揭示了氣味受體在嗅覺調(diào)控過程中的分子機(jī)制，為新型昆蟲綠色農(nóng)藥的研發(fā)奠定了基礎(chǔ)。
深吸一口氣，涌入鼻腔的，也許是雨后清晨花草的芬芳，抑或垃圾堆飄來的陣陣惡臭，前者令人神清氣爽，后者令人捂鼻作嘔……氣味，成為人們選擇親近或逃離的重要判斷標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于昆蟲來說，則是它們賴以延續(xù)的生存法則。
王桂榮介紹，昆蟲依賴嗅覺感知環(huán)境中的化學(xué)信息。在昆蟲嗅覺識(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)化為生物電信號(hào)，從而影響昆蟲相應(yīng)的行為反應(yīng)。
報(bào)警信息素受體就是其中一種。研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)蚜蟲在遇天敵攻擊或者其他危險(xiǎn)時(shí)，會(huì)從腹管中釋放出含有報(bào)警信息素的小液滴，“警告”鄰近的蚜蟲快速逃離。
與脊椎動(dòng)物單個(gè)受體發(fā)揮獨(dú)立功能不同，絕大多數(shù)昆蟲通過特異性受體和共受體(Orco)結(jié)合形成OR-Orco復(fù)合物，共同影響昆蟲取食、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20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。此項(xiàng)研究在國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。
“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�！敝袊茖W(xué)院院士康樂給出這一評(píng)價(jià)。
王桂榮團(tuán)隊(duì)在前期工作中，成功揭示了蚜蟲識(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)控天敵昆蟲精準(zhǔn)定位蚜蟲的內(nèi)在機(jī)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(bào)警信息素及其類似物作為昆蟲行為調(diào)控劑的巨大潛力。
歐洲科學(xué)院院士、中國科學(xué)院外籍院士比爾·漢森回憶，2004年，兩位科學(xué)家因發(fā)現(xiàn)哺乳動(dòng)物嗅覺受體而獲諾貝爾獎(jiǎng)。國際科研團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步揭示了昆蟲氣味受體的存在。后來，科學(xué)家認(rèn)識(shí)到這些昆蟲的氣味受體需要和共受體結(jié)合，才能高效地發(fā)揮其功能。
他認(rèn)為，如今王桂榮團(tuán)隊(duì)研究成果具有深遠(yuǎn)意義，因?yàn)槿祟悓?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，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。
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。
如今，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。
“創(chuàng)制靶向小分子綠色農(nóng)藥是國際前沿研究課題，也是國家重大戰(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)。”中國工程院院士、貴州大學(xué)校長(zhǎng)宋寶安說。
在他看來，王桂榮團(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，有望催生一批綠色、高效的昆蟲行為調(diào)控新產(chǎn)品。
中青報(bào)·中青網(wǎng)見習(xí)記者 李瑞璇 記者 樊未晨 來源：中國青年報(bào)