深圳商報?讀創(chuàng)客戶端記者 張妍 通訊員 馬昕怡

北京時間6月14日凌晨2時，中國農(nóng)業(yè)科學院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所（嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)廣東省實驗室深圳分中心）（以下簡稱“基因組所”）王桂榮團隊與華中農(nóng)業(yè)大學殷平教授團隊、中國農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所等單位合作完成的最新研究成果，在線發(fā)表在國際頂級學術(shù)期刊《科學（Science）》上。

該成果在全球首次解析了昆蟲OR-Orco復合體的精細結(jié)構(gòu)特性，揭示了氣味識別過程中特殊的離子通道門控機制，中國科學院院士、美國科學院外籍原始康樂將其譽為“里程碑式的突破”。

更重要的是，該成果為基于結(jié)構(gòu)生物學高通量篩選殺蟲劑和驅(qū)避劑奠定了理論基礎(chǔ)，讓利用昆蟲嗅覺機制撲滅農(nóng)作物病蟲害成為可能，為實現(xiàn)安全、綠色、可持續(xù)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式提供強有力的支撐。

打通綠色防控技術(shù)的卡點

嗅覺是人類感覺神經(jīng)中最多也最復雜的器官?！皠e的器官都已制成了生物傳感器，但是嗅覺目前還沒有，因為它比較復雜?！?月14日，基因組所舉行新聞發(fā)布會，王桂榮研究員表示，嗅覺不僅在人享用美食，感受環(huán)境危險時起作用，還與記憶情感有著密切關(guān)系。

近年來，科學家持續(xù)在嗅覺器官和嗅覺工作機制上進行研究，2004年，美國科學家理查德·阿克塞爾和琳達·巴克因揭示了哺乳動物的嗅覺是如何工作，獲得了諾貝爾生理或醫(yī)學獎。

對昆蟲來說，嗅覺的重要性更為突出，在昆蟲的取食、交配和產(chǎn)卵過程中都會發(fā)揮非常重要的作用?！叭绾卫美ハx非常靈敏的嗅覺，制成食誘性藥劑，用微量的化學氣味將它們引誘到某個特定地點，集中殺滅，是農(nóng)作物病蟲害綠色防控的關(guān)鍵?！蓖豕饦s舉例，作為生活在田間植物上最大形蚜蟲，豌豆蚜是豌豆、蠶豆、苜蓿和苕子的重要害蟲，還可危害沙打旺、山黧豆、草木樨等豆科植物以及薺菜等。同時，還傳播多種植物病毒。它的一生能夠產(chǎn)下1000多粒卵，殺死一頭雌蟲，相當于殺死了1000多個后代。

這樣高效、綠色的除病蟲害技術(shù)的關(guān)鍵卡點是昆蟲行為調(diào)控設(shè)計。也就是說，首先要明白昆蟲嗅覺受體的工作機制，才能以此為靶標去篩選昆蟲的行為調(diào)控器。

多年前，王桂榮團隊開始研究昆蟲氣味受體結(jié)構(gòu)，明確要通過高通量篩選解決兩個問題，一是鑒定一批控制昆蟲關(guān)鍵行為的細微受體基因，如它們?nèi)绾螌ふ遗渑?、尋找食物或?qū)ふ疑硤鏊?；二是尋找昆蟲氣味受體的工作機制。

“快跑！有危險”，從豌豆蚜的報警信息入手

利用嗅覺發(fā)出報警信息是蚜蟲的一大特性，研究人員正是從研究豌豆蚜入手。

研究人員表示，在嗅覺識別過程中，氣味受體扮演著核心角色，它們被激活后能夠?qū)⑼饨绲幕瘜W信號轉(zhuǎn)化為生物電信號，從而介導昆蟲相應的行為反應。

報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其它危險時，會從腹管中釋放出含有報警信息素的小液滴，“警告”鄰近的蚜蟲快速逃離或掉落。王桂榮團隊在前期工作中，成功揭示了蚜蟲識別報警信息素的新機制，并進一步闡明了報警信息素如何巧妙地調(diào)控天敵昆蟲精準定位蚜蟲的內(nèi)在機制，為理解昆蟲間的相互作用提供了新的視角。

王桂榮透露，前期，研究人員對豌豆蚜編碼基因組里79個氣味受體的基因功能進行了研究，找出了對報警信息素有反應的單個氣味受體。隨后，通過大量實驗，要在不同條件篩選蛋白組合，也就是兩個受體共同表達的復合體?！斑@個難度就增加了很多，一開始老是失敗，這對年輕的研究人員提出了很大挑戰(zhàn)。他們堅持了下來，才最終獲得了創(chuàng)新性成果?！?/p>

研究人員借助前沿的冷凍電鏡技術(shù)，深入探究豌豆蚜報警信息素受體ApOR5-Orco復合物的結(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)，揭示了氣味配體誘導的氣味受體離子通道門控機制。

“盡管昆蟲氣味受體被發(fā)現(xiàn)已有20多年，但OR-Orco復合物的三維結(jié)構(gòu)一直是個待解之謎。該項研究在國際上首次解析了昆蟲OR-Orco復合體的精細結(jié)構(gòu)特性，揭示了氣味識別過程中特殊的離子通道門控機制。”康樂院士表示。

已在深圳開啟商業(yè)化應用之路

糧食安全是“國之大者”。農(nóng)作物病蟲害是我國最主要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)災害之一。2021年中央一號文件指出，持續(xù)推進化肥農(nóng)藥減量增效，推廣農(nóng)作物病蟲害綠色防控產(chǎn)品和技術(shù)。

中國工程院院士、貴州大學校長宋寶安在評價中指出，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。

該成果正是打通卡點的關(guān)鍵。昆蟲嗅覺行為調(diào)控劑的應用是全球公認的綠色防控技術(shù)，具有生物靈敏度高、選擇性強、環(huán)境友好等優(yōu)點，能實現(xiàn)害蟲的長期控制。以嗅覺靶標為出發(fā)點，開發(fā)行為調(diào)控劑已成為當前研究的重要方向。

深圳是我國唯一一個城市化率接近100%的城市，沒有農(nóng)村，也沒有農(nóng)民，但深圳要發(fā)展高科技農(nóng)業(yè)，發(fā)展農(nóng)業(yè)新質(zhì)生產(chǎn)力?；蚪M所2014年在深圳市大鵬新區(qū)成立以來，已快速發(fā)展成為一支有1400多人的科研隊伍，“正是在深圳這片創(chuàng)新熱土上，我們才會有這樣快速的發(fā)展，才能短時間內(nèi)聚集大量的科研人才?！蓖豕饦s表示，該成果的關(guān)鍵是利用了分子對接、人工智能，利用了基因組所的強大算力，進行高通量篩選而實現(xiàn)的。

據(jù)了解，這一突破性的發(fā)現(xiàn)，為基于靶標結(jié)構(gòu)的先導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。目前，這項技術(shù)已與國內(nèi)多家企業(yè)開始商業(yè)化應用。