蝗蟲群聚信息素4VA的生物合成解碼與行為操控

中國科學院動物研究所康樂團隊與北京大學雷曉光團隊合作，系統解析了蝗蟲群聚信息素4-乙烯基苯甲醚（4VA）的生物合成路徑，精準鑒定關鍵合成酶，并以此為靶點設計出高效特異的小分子抑制劑，成功實現了對蝗蟲信息素合成的靶向化學調控及群聚行為的人工干預。相關研究在線發表于《自然》。

蝗蟲群聚信息素4VA的生物合成解碼與行為操控

作為昆蟲體內各種腺體或細胞產生并分泌到體外的微量化學物質，昆蟲信息素在昆蟲的求偶、交配、覓食、聚集、產卵、導航定向、防御報警和種間識別等行為中發揮重要作用。昆蟲信息素的開發與利用是精準調控害蟲行為、實現害蟲綠色可持續防控的關鍵突破方向。盡管已有超過3000種昆蟲的信息素被發現和鑒定，但是全面揭示一個特定的信息素在昆蟲體內的生物合成途徑鮮見報道。

蝗蟲利用植物種最常見的氨基酸來合成自己特異的群聚信息素。鑒于苯丙氨酸向肉桂酸繼而向對羥基肉桂酸的轉化過程是植物木質素生物合成中的保守途徑，蝗蟲能夠快速獲取大量生物合成前體以促進后續轉化。借助這些植物源中間體，蝗蟲僅需兩步反應即可將其轉化為群聚信息素4VA。群居型飛蝗通過精準調控4VPMTs的表達，即可完成4VP到4VA的生物轉化，從而實現信息素的釋放和終止。4VPMTs介導的甲基化將4VP的羥基轉化為4VA的甲氧基，不僅能降低分子親水性，還能增強揮發性。這些適應性機制顯著降低了蝗蟲的能量與物質消耗，極大提高了群聚信息素4VA的合成效率，同時顯著增強了其應對環境變化的靈活性與適應性。

4VPMTs是4VA生物合成的關鍵酶，也是抑制蝗蟲聚集的重要靶點。4-硝基苯酚（4NP）通過競爭性結合4VPMTs來抑制4VA生物合成。作為底物類似物，4NP酚羥基的親核性因吸電子硝基的存在而顯著降低，使其成為反應活性較弱的底物。值得注意的是，4NP與4VPMTs的結合親和力高于4VP，從而能競爭性占據酶活性位點。從蛋白結構特征來看，4NP與4VPMTs的特異性相互作用既保證了抑制劑的選擇性，又能最大限度避免干擾其他代謝通路時產生的脫靶效應。

這一成果不僅深度揭示了昆蟲化學通訊的分子機制，更為害蟲防控提供了全新策略—-—通過干預昆蟲信息素通路實現行為調控，而非依賴傳統化學農藥，將有力推動害蟲防控向精準化、綠色化的行為調控模式躍遷。

相關論文信息：
https://doi.org/10.1038/s41586-025-09110-y