秋天的田野被大量蝗蟲振翅的轟鳴驚擾。這些生物為何能在一夕之間“集結(jié)”？如何開辟化學(xué)農(nóng)藥之外的治蝗“新路徑”？

記者獲悉，我國研究團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)對蝗蟲群聚信息素4-乙烯基苯甲醚（4VA）生物合成與釋放過程的精準(zhǔn)化學(xué)調(diào)控，破譯了這場“蟲族密會(huì)”的暗號(hào)，今后生態(tài)防范蝗災(zāi)成為可能。

這項(xiàng)成果由中國科學(xué)院動(dòng)物研究所康樂團(tuán)隊(duì)與北京大學(xué)雷曉光團(tuán)隊(duì)合作完成，25日晚間在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《自然》。

解碼“交流暗號(hào)”：揭示蝗蟲信息素的完整生物合成途徑

每年夏秋之交，農(nóng)田上經(jīng)常會(huì)突然騰起一片褐色的“云”，所到之處綠葉多成枯枝，這就是蝗蟲群聚導(dǎo)致的蝗災(zāi)。

作為“散居類”昆蟲，蝗蟲為何能從四面八方聚集成群？中國科學(xué)院院士康樂介紹，蝗蟲可以釋放信息素吸引同類，從而形成大規(guī)模的蝗群。

蝗蟲群聚信息素4VA的生物合成解碼與行為操控。（中國科學(xué)院動(dòng)物研究所供圖）

作為昆蟲體內(nèi)各種腺體或細(xì)胞產(chǎn)生并分泌到體外的微量化學(xué)物質(zhì)，昆蟲信息素是昆蟲通訊的重要化學(xué)媒介，在求偶、交配、覓食、聚集、產(chǎn)卵、導(dǎo)航定向等行為中發(fā)揮重要作用。

業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，盡管已有超過3000種昆蟲的信息素被發(fā)現(xiàn)和鑒定，但是全面揭示一個(gè)特定的信息素在昆蟲體內(nèi)的生物合成途徑依然少見。

對于蝗蟲來說，群聚信息素4VA是它們呼朋引伴的“交流暗號(hào)”。我國科研團(tuán)隊(duì)通過解析這種微量化學(xué)物質(zhì)的完整生物合成途徑，成功鑒定出4VA的生物合成前體化合物以及關(guān)鍵合成酶4VPMT1和4VPMT2。

定向發(fā)出“假請柬”：對蝗蟲群聚行為人工干預(yù)

蝗蟲自己不會(huì)制造群聚信息素4VA，需要通過啃食植物中最常見的氨基酸，制成自己的“交流暗號(hào)”。

“作為4VA生物合成的關(guān)鍵酶，我們發(fā)現(xiàn)4VPMTs也是抑制蝗蟲聚集的重要靶點(diǎn)。”中國科學(xué)院動(dòng)物研究所郭曉嬌副研究員說，在此基礎(chǔ)上，借助植物中普遍含有的4-硝基苯酚，與4VPMTs的特異性相互作用，從而抑制4VA生物合成，阻止蝗蟲聚集。

順藤摸瓜，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)和篩選開發(fā)出特異性小分子抑制劑，成功實(shí)現(xiàn)對蝗蟲群聚信息素的調(diào)控，進(jìn)而完成對蝗蟲群聚行為的人工定向干預(yù)。

也就是說，通過對4VA進(jìn)行生物合成與釋放過程的精準(zhǔn)化學(xué)調(diào)控，人類或許可以給蝗蟲發(fā)一張“假請柬”。

“昆蟲信息素的生物合成研究極具挑戰(zhàn)性，很多情況下缺少有效的研究手段。這項(xiàng)研究突破領(lǐng)域瓶頸，系統(tǒng)剖析了蝗蟲群聚信息素的完整生物合成途徑。”上海交通大學(xué)教授、中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所研究員劉文說。

減少殺蟲劑“誤傷”：開辟綜合治蝗“新路徑”

為了快速應(yīng)對蝗蟲，傳統(tǒng)化學(xué)農(nóng)藥往往是首選，但經(jīng)常會(huì)對益蟲造成“誤傷”，甚至污染水源和土壤，影響人類健康。尋找化學(xué)農(nóng)藥替代，已經(jīng)成為當(dāng)前的緊迫任務(wù)。

昆蟲信息素的開發(fā)與利用，是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)控害蟲行為、推動(dòng)害蟲防控綠色可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵突破方向。

“當(dāng)蝗蟲種群密度高時(shí)，就會(huì)形成災(zāi)害。”康樂院士介紹，借助這項(xiàng)研究，我們可以把蝗蟲集聚起來，在有限的范圍內(nèi)使用化學(xué)農(nóng)藥，避免大規(guī)模撒藥，減少生態(tài)污染。

通過高效特異的小分子抑制劑，也可以進(jìn)行生物防治。比如在群聚情況下，蝗蟲會(huì)產(chǎn)生苯乙腈，對鳥類等天敵有警告作用。設(shè)計(jì)拮抗劑后，蝗蟲難以群聚，在分散的情況下，蝗蟲就不再產(chǎn)生苯乙腈，鳥類就可以吃掉它們，從而達(dá)到生物防治的目的。

中國工程院院士、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所研究員吳孔明說，這一成果填補(bǔ)了昆蟲化學(xué)通訊合成機(jī)制研究與靶向調(diào)控的空白，提供了“以生物信息交流為靶點(diǎn)”的害蟲防控新思路，為田野里的綠色防控開辟新路。

新華社記者彭韻佳、胡喆