《科學》：破解昆蟲氣味受體離子通道門控機制
6月14日，中國農(nóng)業(yè)科學院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所（簡稱“基因組所”）、華中農(nóng)業(yè)大學、中國農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所等單位聯(lián)合在《科學》上在線發(fā)表研究論文。
蚜蟲。中國農(nóng)科院供圖
該研究解析了豌豆蚜報警信息素受體ApOR5-Orco異源四聚體的冷凍電鏡結構，揭示了氣味配體誘導的氣味受體離子通道門控機制，從而為針對氣味受體的新型昆蟲綠色行為調控劑的研發(fā)奠定了結構基礎。
昆蟲嗅覺行為調控劑的應用是全球公認的綠色防控技術，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)行為調控劑已成為當前研究的重要方向。然而，利用傳統(tǒng)化學生態(tài)學手段篩選化合物的通量不高、組分活性低、結構不穩(wěn)定等問題突出。其中，分子靶標的結構基礎是限制新型昆蟲行為調控劑研發(fā)的卡點。
新翅類昆蟲作為最龐大的昆蟲類群，其嗅覺系統(tǒng)核心由獨特的OR-Orco異聚體組成，展現(xiàn)出對配體化學信息物質高度敏感性和特異性，是非常理想的昆蟲嗅覺行為調控劑分子靶標。然而，長期以來，OR-Orco異聚體的結構基礎仍然未知。
該研究借助前沿的冷凍電鏡技術，深入探究豌豆蚜報警信息素受體ApOR5-Orco復合物的結構特性，成功解析了ApOR5-Orco在配體結合和未結合狀態(tài)下的高分辨率冷凍電子顯微鏡結構。
氣味分子介導的ApOR5-Orco異源四聚體離子通道門控機制。中國農(nóng)科院供圖
研究發(fā)現(xiàn)，僅ApOR5亞基具有配體結合能力，而ApOrco亞基則作為支撐結構不結合配體。當ApOR5亞基與配體結合后，其成孔螺旋S7b從孔中央向外移動，導致不對稱孔開口以供離子流入。
該研究不僅首次展示了昆蟲OR-Orco異源復合物在獨立（封閉通道）和配體結合（開放通道）兩種狀態(tài)下的獨特結構，而且深入揭示了昆蟲氣味識別通道門控的分子機制。
該研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、深圳市科技計劃項目、中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程等項目的資助。
相關論文信息：https://doi.org/10.1126/science.adn6881
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