我科学家精准“关闭”蝗虫集结号

在广袤的农田上空，遮天蔽日的蝗群曾是人类农业的噩梦。如今，我国科学家不仅破解了蝗虫的“集结密码”，更成功掌握了精准“关闭”这一危险集结号的钥匙。国际学术期刊《自然》日前在线发表中国科学院动物研究所康乐院士团队与北京大学雷晓光教授团队合作的研究成果，首次完整解析了导致蝗虫大规模聚集的核心信息素——4-乙烯基苯甲醚(以下简称“4VA”)在蝗虫体内的生物合成全过程，并基于此成功研发出能精准干预其合成、从而阻止蝗群形成的小分子抑制剂，为农业害虫绿色防控体系的构建开辟全新路径。

蝗虫群聚信息素是蝗灾形成的关键推手。康乐团队在2020年率先鉴定出4VA是飞蝗的群聚信息素，结束了长达半个世纪的科学争论。然而，4VA如何在蝗虫体内合成，其合成又如何受种群密度调控，始终是悬而未决的谜团。

团队研究发现，蝗虫合成4VA的原料竟源自植物中最常见的苯丙氨酸。这种狡猾的生物利用植物木质素合成通路的中间产物，仅需在体内完成最后两步转化，就能制造出引发蝗群聚集的化学信号。这一“借鸡生蛋”的策略大幅降低了蝗虫的能量与物质消耗。

经过多年探索，研究团队成功锁定了将中间体4-乙烯基苯酚(以下简称“4VP”)转化为最终信息素4VA的“分子开关”——两个关键的甲基转移酶4VPMT1和4VPMT2。这两个酶的表达水平会随着蝗虫种群密度的增加而显著上升，是群居蝗虫能产生4VA而散居蝗虫不能的核心原因。当研究人员利用RNA干扰技术同时抑制这两个基因时，4VA的释放量急剧下降，群居蝗虫的行为也随之显著转变为散居状态。

“令人振奋的是，基于对这两个关键酶结构的深入解析，研究团队精准设计并筛选出一种高效的小分子抑制剂——4-硝基苯酚(以下简称“4NP”)。这种抑制剂能阻止其将4VP转化为4VA。”雷晓光说。

实验证明，抑制剂效果极其显著：在实验室中，仅需向群居蝗虫体内注射0.1纳摩尔的4NP，就能大幅抑制4VA的产生；在更贴近实际的场景中，给群居蝗虫喂食喷洒了4NP的麦苗后，其4VA释放量同样骤降，行为迅速从群居转变为散居。更关键的是，即使将散居蝗虫置于通常能诱导其群聚的条件下，饲喂4NP后，它们依然保持散居状态，而对照组则迅速聚集。这表明4NP能有效阻断蝗虫形成灾害性的群体。

“该研究创新性地提出并实践了一种全新的害虫防控策略：通过精准化学干预昆虫的信息素通信系统来调控其行为，而非依赖传统的广谱杀虫剂进行毒杀。”雷晓光指出，这种基于“行为调控”的“绿色农药”，具有高度靶向性，只影响目标害虫的关键行为，对环境和非靶标生物友好，代表了未来农业害虫绿色可持续防控的重要方向，为全球应对蝗灾、保障粮食安全和维护生态健康提供了强大的科学武器。

本报记者 晋浩天