深吸一口氣，

涌入鼻腔的，

也許是雨后清晨花草的芬芳,，

抑或是垃圾堆飄來(lái)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(lái)說(shuō),，則是它們賴以延續(xù)的生存法則,。

在生物學(xué)家眼中，昆蟲是如何感知?dú)馕兜?？又是如何做出行為反?yīng)的,？成了研究昆蟲化學(xué)生態(tài)學(xué)的重要課題。王桂榮和他的團(tuán)隊(duì)一直致力于昆蟲嗅覺受體的功能鑒定,，簡(jiǎn)單的來(lái)說(shuō),，就是找到調(diào)控昆蟲行為的氣味分子，然而,，氣味分子成千上萬(wàn),，找到特定行為反應(yīng)的關(guān)鍵受體無(wú)疑是大海撈針,，歷經(jīng)十幾年的研究，王桂榮和他的團(tuán)隊(duì)找到了一種高通量的方法,，并成功篩選得到綠色高效的昆蟲嗅覺行為調(diào)控劑,。

北京時(shí)間2024年6月14日凌晨2時(shí)，國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)（Science）》在線發(fā)表了中國(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）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：“Structural basis for odorant recognition of the insect odorant receptor OR-Orco heterocomplex（昆蟲氣味受體 OR-Orco 異聚體識(shí)別氣味分子的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)）”,，研究解析了豌豆蚜（Acyrthosiphon pisum）報(bào)警信息素受體ApOR5-Orco異源四聚體的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，揭示了氣味配體誘導(dǎo)的氣味受體離子通道門控機(jī)制,，從而為針對(duì)氣味受體的新型昆蟲綠色行為調(diào)控劑的研發(fā)奠定了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),。

報(bào)警信息素：“快跑！這里有危險(xiǎn)”

昆蟲依賴靈敏的嗅覺感知環(huán)境中的化學(xué)信息,。在嗅覺識(shí)別的過(guò)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),，從而介導(dǎo)昆蟲相應(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（(E)-β-farnesene，簡(jiǎn)稱EBF ) 的小液滴,，“警告”鄰近的蚜蟲快速逃離或掉落,。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EBF及其類似物作為昆蟲行為調(diào)控劑的巨大潛力,。

該研究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),。

氣味分子介導(dǎo)的ApOR5-Orco異源四聚體離子通道門控機(jī)制

（A）豌豆蚜報(bào)警信息素受體ApOR5-Orco結(jié)合配體的冷凍電鏡結(jié)構(gòu),。

（B）ApOR5的配體結(jié)合位點(diǎn)。

（C）配體結(jié)合引起ApOR5-Orco離子通道的不對(duì)稱孔開口的模式圖,。

研究發(fā)現(xiàn),，僅ApOR5亞基具有配體結(jié)合能力，而ApOrco亞基則作為支撐結(jié)構(gòu)不結(jié)合配體,。當(dāng)ApOR5亞基與配體結(jié)合后,，其成孔螺旋S7b從孔中央向外移動(dòng)，導(dǎo)致不對(duì)稱孔開口以供離子流入。

通過(guò)單分子熒光試驗(yàn)和細(xì)胞電生理試驗(yàn),，更全面地理解ApOR5-Orco復(fù)合物的動(dòng)態(tài)組裝和功能,，揭示了異源四聚體亞基化學(xué)計(jì)量的分子基礎(chǔ)。

該研究不僅首次展示了昆蟲OR-Orco異源復(fù)合物在獨(dú)立（封閉通道）和配體結(jié)合（開放通道）兩種狀態(tài)下的獨(dú)特結(jié)構(gòu),，而且深入揭示了昆蟲氣味識(shí)別通道門控的分子機(jī)制,。

研制更高效的綠色農(nóng)藥

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。

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、特異性綠色昆蟲行為調(diào)控劑的創(chuàng)制開辟了新的道路,。同時(shí),，也為科學(xué)合理地開發(fā)蚜蟲綠色防控技術(shù)提供了強(qiáng)有力的理論支撐和實(shí)踐指導(dǎo)，具有重要的科學(xué)意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值,。

中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所（簡(jiǎn)稱“基因組所”）與華中農(nóng)業(yè)大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士后王意東,、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)博士生邱靚和中國(guó)農(nóng)科院植保所王冰研究員為論文共同第一作者，基因組所王桂榮研究員和華中農(nóng)業(yè)大學(xué)殷平教授為共同通訊作者,。華中農(nóng)業(yè)大學(xué)馬偉華教授,、劉主教授、中國(guó)科學(xué)院武漢精密測(cè)量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院龔洲副研究員,、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)張立偉副教授和華中師范大學(xué)曹松講師等也參與了研究工作,。華中農(nóng)業(yè)大學(xué)校級(jí)蛋白質(zhì)平臺(tái)和電鏡中心對(duì)該工作提供了支持。冷凍電鏡數(shù)據(jù)收集在中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)冷凍電鏡中心完成,，該中心高永翔博士為電鏡數(shù)據(jù)收集提供了技術(shù)支持。

該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃,、國(guó)家自然科學(xué)基金,、深圳市科技計(jì)劃項(xiàng)目、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程等項(xiàng)目的資助,。

專家點(diǎn)評(píng)

中國(guó)科學(xué)院院士,、美國(guó)科學(xué)院外籍院士康樂：

昆蟲依賴靈敏的嗅覺感知環(huán)境中的化學(xué)信息，在嗅覺識(shí)別的過(guò)程中,，嗅覺受體神經(jīng)膜上的氣味受體扮演著核心角色,，它們能夠?qū)⑼饨绲幕瘜W(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)化為生物電信號(hào)，介導(dǎo)昆蟲相應(yīng)的行為反應(yīng)。與脊椎動(dòng)物單個(gè)受體具有功能不同,，絕大多數(shù)昆蟲特異性受體和共受體形成OR-Orco復(fù)合物,，共同介導(dǎo)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)已有二十多年,，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控機(jī)制,。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,。

中國(guó)工程院院士,、貴州大學(xué)校長(zhǎng)宋寶安：

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),。該研究團(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,，為開發(fā)高效,、綠色的行為調(diào)控劑奠定了理論基礎(chǔ)，顯著增強(qiáng)我國(guó)在昆蟲行為調(diào)控劑研究領(lǐng)域的核心競(jìng)爭(zhēng)力,，有望催生一批綠色,、高效的昆蟲行為調(diào)控新產(chǎn)品。

歐洲科學(xué)院院士,、中國(guó)科學(xué)院外籍院士Bill Hansson：

2004年,，Linda Buck和Richard Axel因發(fā)現(xiàn)哺乳動(dòng)物嗅覺受體而榮獲諾貝爾獎(jiǎng)。十年后,，Leslie Vosshall及其他團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步揭示了昆蟲氣味受體的存在,。隨后，人們認(rèn)識(shí)到這些昆蟲氣味受體需要與共受體結(jié)合,，才能高效地發(fā)揮其功能,。如今，深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所的王桂榮實(shí)驗(yàn)室與武漢華中農(nóng)業(yè)大學(xué)的殷平教授團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)》雜志上聯(lián)合發(fā)表了一篇論文,，詳細(xì)闡述了如何通過(guò)OR-Orco復(fù)合物來(lái)識(shí)別氣味分子,。這篇具有開創(chuàng)性的論文的第一作者是王意東和邱靚等人。這一研究成果具有深遠(yuǎn)的意義，因?yàn)槲覀儗?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,，他們的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,。我們衷心祝賀王桂榮和殷平團(tuán)隊(duì)所取得的成就,，并期待他們未來(lái)能取得更大的成功。

“In 2004, Linda Buck and Richard Axel got the Nobel Prize for their discovery of mammalian olfactory receptors. Ten years later, Leslie Vosshall and other teams identified insect receptors. Shortly after, it was understood that insect receptors need to couple with co-receptor to function effectively. Now, a paper published in Science by the laboratory of Guirong Wang at the Agricultural Genomics Institute in Shenzhen and Yin Ping at Huazhong Agricultural University in Wuhan show how a molecule can be identified by OR-Orco complex. The first authors of this groundbreaking paper are Yidong Wang and Liang Qiu. This knowledge is significant, as we still do not fully understand how olfactory receptors identify molecules in any organism. Additionally, their study focused on aphids, a crucial agricultural pest, suggesting that this knowledge could be used to manage these insects in agriculture. Congratulations to the laboratories of Guirong Wang and Yin Ping on their achievement, and best wishes for continued success in the future.”

原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adn6881