华中农业大学与中科院植保所合作破译蚜虫性信息素感知分子机制

近日，中国农业科学院植物保护研究所抗虫功能基因研究与利用创新团队与华中农业大学、中国农业科学院农业基因组研究所等单位联合在《细胞研究（Cell Research）》期刊上发表了题为“Structural basis of sex pheromone detection in aphids”的研究论文。该研究明确了豌豆蚜（Acyrthosiphon pisum）性信息素识别的嗅觉机制，解析了性信息素受体ApOR22-Orco复合物在三种状态下的高分辨率冷冻电镜结构，揭示了蚜虫性信息素感知的结构基础。

性信息素介导的种内化学通讯是昆虫生殖隔离与配偶识别的重要生物学基础。蚜虫有性世代中，性雌蚜通过后足胫节释放性信息素吸引雄蚜交配，其主要组分荆芥内酯与荆芥醇已发现数十年，但感知这些信号的分子机制仍不清楚。

该研究在豌豆蚜中鉴定出两个性信息素受体ApOR21和ApOR22，分别特异性识别荆芥醇和荆芥内酯，并在体内证实了二者在蚜虫性信息素识别中的关键作用。解析了ApOR22-Orco复合物在未结合闭合态、荆芥内酯结合闭合态及开放态下的高分辨率冷冻电镜结构，发现复合物采用1：3异源四聚体组装形式，即一个ApOR22与三个ApOrco亚基共同构成离子通道。配体结合后，ApOR22的S5、S6、S7螺旋发生协同偏转，驱动门控残基位移，使孔道由闭合转为开放态。其中，S2与S6螺旋上关键残基形成的特异性氢键对通道开放状态维持不可或缺。通过氨基酸互换组合突变，研究发现位于S2和S5螺旋上的部分关键残基决定了ApOR22和ApOR21的配体特异性，揭示了协同调控配体选择性偏好的分子“开关”。

该研究首次从原子水平揭示了昆虫性信息素受体的配体识别与门控机制，阐明了ApOR22与配体的特异性结合模式及构象调控过程，为理解昆虫性信息素化学通讯提供了理论支撑，也为基于靶标结构的性信息素类似物虚拟筛选奠定了结构基础。

蚜虫性信息素识别模型及 ApOR22–Orco 激活机制

华中农业大学殷平教授和中国农科院植保所王桂荣研究员、王冰研究员为论文共同通讯作者，华中农业大学博士生董志、王意东教授以及中国农科院植保所/河南农业大学联合培养博士生田莹为论文共同第一作者。华中师范大学曹松讲师、中国科学院武汉精密测量科学与技术创新研究院龚洲研究员、河南农业大学赵新成教授和华中农业大学马伟华教授等共同参与了研究工作。研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国农业科学院科技创新工程等项目的资助。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41422-026-01267-z

文章来源：抗虫功能基因研究与利用创新团队      作者：王冰