深圳商報(bào)?讀創(chuàng)客戶(hù)端記者 張妍 通訊員 馬昕怡

北京時(shí)間6月14日凌晨2時(shí)，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）（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“基因組所”）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，在線(xiàn)發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)（Science）》上。

該成果在全球首次解析了昆蟲(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，中國(guó)科學(xué)院院士、美國(guó)科學(xué)院外籍原始康樂(lè)將其譽(yù)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(xué)高通量篩選殺蟲(chóng)劑和驅(qū)避劑奠定了理論基礎(chǔ)，讓利用昆蟲(chóng)嗅覺(jué)機(jī)制撲滅農(nóng)作物病蟲(chóng)害成為可能，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。

打通綠色防控技術(shù)的卡點(diǎn)

嗅覺(jué)是人類(lèi)感覺(jué)神經(jīng)中最多也最復(fù)雜的器官。“別的器官都已制成了生物傳感器，但是嗅覺(jué)目前還沒(méi)有，因?yàn)樗容^復(fù)雜?！?月14日，基因組所舉行新聞發(fā)布會(huì)，王桂榮研究員表示，嗅覺(jué)不僅在人享用美食，感受環(huán)境危險(xiǎn)時(shí)起作用，還與記憶情感有著密切關(guān)系。

近年來(lái)，科學(xué)家持續(xù)在嗅覺(jué)器官和嗅覺(jué)工作機(jī)制上進(jìn)行研究，2004年，美國(guó)科學(xué)家理查德·阿克塞爾和琳達(dá)·巴克因揭示了哺乳動(dòng)物的嗅覺(jué)是如何工作，獲得了諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。

對(duì)昆蟲(chóng)來(lái)說(shuō)，嗅覺(jué)的重要性更為突出，在昆蟲(chóng)的取食、交配和產(chǎn)卵過(guò)程中都會(huì)發(fā)揮非常重要的作用?！叭绾卫美ハx(chóng)非常靈敏的嗅覺(jué)，制成食誘性藥劑，用微量的化學(xué)氣味將它們引誘到某個(gè)特定地點(diǎn)，集中殺滅，是農(nóng)作物病蟲(chóng)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(chóng)，豌豆蚜是豌豆、蠶豆、苜蓿和苕子的重要害蟲(chóng)，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(shí)，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(chóng)，相當(dāng)于殺死了1000多個(gè)后代。

這樣高效、綠色的除病蟲(chóng)害技術(shù)的關(guān)鍵卡點(diǎn)是昆蟲(chóng)行為調(diào)控設(shè)計(jì)。也就是說(shuō)，首先要明白昆蟲(chóng)嗅覺(jué)受體的工作機(jī)制，才能以此為靶標(biāo)去篩選昆蟲(chóng)的行為調(diào)控器。

多年前，王桂榮團(tuán)隊(duì)開(kāi)始研究昆蟲(chóng)氣味受體結(jié)構(gòu)，明確要通過(guò)高通量篩選解決兩個(gè)問(wèn)題，一是鑒定一批控制昆蟲(chóng)關(guān)鍵行為的細(xì)微受體基因，如它們?nèi)绾螌ふ遗渑肌ふ沂澄锘驅(qū)ふ疑硤?chǎng)所；二是尋找昆蟲(chóng)氣味受體的工作機(jī)制。

“快跑！有危險(xiǎn)”，從豌豆蚜的報(bào)警信息入手

利用嗅覺(jué)發(fā)出報(bào)警信息是蚜蟲(chóng)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(jué)識(shí)別過(guò)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(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。

王桂榮透露，前期，研究人員對(duì)豌豆蚜編碼基因組里79個(gè)氣味受體的基因功能進(jìn)行了研究，找出了對(duì)報(bào)警信息素有反應(yīng)的單個(gè)氣味受體。隨后，通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，要在不同條件篩選蛋白組合，也就是兩個(gè)受體共同表達(dá)的復(fù)合體?！斑@個(gè)難度就增加了很多，一開(kāi)始老是失敗，這對(duì)年輕的研究人員提出了很大挑戰(zhàn)。他們堅(jiān)持了下來(lái)，才最終獲得了創(chuàng)新性成果。”

研究人員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)，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。

“盡管昆蟲(chóng)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。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?！?span id="hx3p0yl" class="candidate-entity-word" data-gid="18755463">康樂(lè)院士表示。

已在深圳開(kāi)啟商業(yè)化應(yīng)用之路

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

中國(guó)工程院院士、貴州大學(xué)校長(zhǎng)宋寶安在評(píng)價(jià)中指出，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?；陟`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)。

該成果正是打通卡點(diǎn)的關(guān)鍵。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。

深圳是我國(guó)唯一一個(gè)城市化率接近100%的城市，沒(méi)有農(nóng)村，也沒(méi)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。基因組所2014年在深圳市大鵬新區(qū)成立以來(lái)，已快速發(fā)展成為一支有1400多人的科研隊(duì)伍，“正是在深圳這片創(chuàng)新熱土上，我們才會(huì)有這樣快速的發(fā)展，才能短時(shí)間內(nèi)聚集大量的科研人才。”王桂榮表示，該成果的關(guān)鍵是利用了分子對(duì)接、人工智能，利用了基因組所的強(qiáng)大算力，進(jìn)行高通量篩選而實(shí)現(xiàn)的。

據(jù)了解，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。目前，這項(xiàng)技術(shù)已與國(guó)內(nèi)多家企業(yè)開(kāi)始商業(yè)化應(yīng)用。