南湖新闻网讯（通讯员 王意东 邱靓）6月14日，我校联合中国农业科学院深圳农业基因组研究所（岭南现代农业广东省实验室深圳分中心）、中国农业科学院植物保护研究所等单位在国际学术期刊《科学》（Science）杂志上在线发表了题为“Structural basis for odorant recognition of the insect odorant receptor OR-Orco heterocomplex”的研究论文。该研究解析了豌豆蚜Acyrthosiphon pisum报警信息素受体ApOR5-Orco异源四聚体的冷冻电镜结构，揭示了气味配体诱导的气味受体离子通道门控机制，从而为针对气味受体的新型昆虫绿色行为调控剂的研发奠定了结构基础。
昆虫嗅觉行为调控剂的应用是全球公认的绿色防控技术，具有生物灵敏度高、选择性强、环境友好等优点，能实现害虫的长期控制。以嗅觉靶标为出发点，开发行为调控剂已成为当前研究的重要方向。然而，利用传统化学生态学手段筛选化合物的通量不高、组分活性低、结构不稳定等问题突出。其中，分子靶标的结构基础是限制新型昆虫行为调控剂研发的卡点。
新翅类昆虫作为最庞大的昆虫类群，其嗅觉系统核心由独特的OR-Orco异聚体组成，展现出对配体化学信息物质高度敏感性和特异性，是非常理想的昆虫嗅觉行为调控剂分子靶标。然而，长期以来，OR-Orco异聚体的结构基础仍然未知。研究团队的前期工作揭示了蚜虫通过气味受体ApOR5-Orco特异性识别报警信息素—反-β-法尼烯（EBF）的精确分子机制。阐明了EBF巧妙调控天敌昆虫精准定位蚜虫的内在机制，为理解昆虫间相互作用提供了新视角。
本研究深入探究豌豆蚜报警信息素受体ApOR5-Orco复合物的结构特性，成功解析了ApOR5-Orco在配体结合和未结合状态下的高分辨率冷冻电子显微镜结构。发现仅ApOR5亚基具有配体结合能力，而ApOrco亚基则作为支撑结构不结合配体。进一步观察发现，当ApOR5亚基与配体结合后，其成孔螺旋S7b从孔中央向外移动，导致不对称孔开口以供离子流入。通过单分子荧光试验和细胞电生理试验，更全面地理解ApOR5-Orco复合物的动态组装和功能，揭示了异源四聚体亚基化学计量的分子基础。
图1. 气味分子介导的ApOR5-Orco异源四聚体离子通道门控机制。（A）豌豆蚜报警信息素受体ApOR5-Orco结合配体的冷冻电镜结构。（B）ApOR5的配体结合位点。（C）配体结合引起ApOR5-Orco离子通道的不对称孔开口的模式图。
本研究不仅首次展示了昆虫OR-Orco异源复合物在独立（封闭通道）和配体结合（开放通道）两种状态下的独特结构，而且深入揭示了昆虫气味识别通道门控的分子机制。这一突破性发现，为基于靶标结构的先导化合物筛选提供了宝贵的分子基础，为高效、特异性绿色昆虫行为调控剂创制开辟了新道路，也为科学合理地开发蚜虫绿色防控技术提供了有力的理论支撑和实践指导，具有重要的科学意义和实际应用价值。
中国农业科学院深圳农业基因组研究所（简称“基因组所”）与华中农业大学联合培养博士后王意东、华中农业大学博士生邱靓和中国农科院植保所王冰研究员为论文共同第一作者，基因组所王桂荣研究员和华中农业大学殷平教授为共同通讯作者。华中农业大学马伟华教授、刘主教授、中国科学院武汉精密测量科学与技术创新研究院龚洲副研究员、中国农业大学张立伟副教授和华中师范大学曹松讲师等也参与了研究工作。华中农业大学校级蛋白质平台和电镜中心对该工作提供了支持。冷冻电镜数据收集在中国科学技术大学冷冻电镜中心完成，该中心高永翔博士为电镜数据收集提供了技术支持。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、深圳市科技计划项目、中国农业科学院农业科技创新工程等项目的资助。
【英文摘要】
Insects detect and discriminate a diverse array of chemicals using odorant receptors (ORs), which are ligand-gated ion channels comprising a divergent odorant-sensing OR and a conserved odorant receptor co-receptor (Orco). Here, we report structures of theApOR5-Orco heterocomplex from the pea aphidAcyrthosiphon pisumalone and bound to its known activating ligand geranyl acetate. In these structures, threeApOrco subunits serve as scaffold components that cannot bind the ligand and remain relatively unchanged. Upon ligand binding, the pore-forming helix S7b ofApOR5 shifts outward from the central pore axis, causing an asymmetrical pore opening for ion influx. Our study provides insights into odorant recognition and channel gating of the OR-Orco heterocomplex and offers structural resources to support development of innovative insecticides and repellents for pest control.
论文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adn6881
审核：殷平
