蝗蟲群聚是蝗災爆發的核心因素。這些農業害蟲為何會“集結”？2020年，中國科學院院士、中國科學院動物研究所研究員康樂團隊發現，蝗蟲的群聚依賴于一種化學信號——信息素4-乙烯基苯甲醚（4VA）。那么，這種化學信號是如何合成的？
現在，康樂團隊與北京大學教授雷曉光團隊合作，揭示了其背后的合成機制，并鑒定出關鍵合成酶并開發出特異性抑制劑，首次實現對蝗蟲群聚行為的精準化學調控，為全球農業害蟲綠色防控提供了革命性策略。相關研究北京時間6月25日發表于《自然》。
蝗蟲。
打開蝗蟲群聚“黑箱”
當蝗災發生時，成千上萬的蝗蟲總是集群而來，遮天蔽日，危害植物。
但事實上，蝗蟲并非生來就是群居狀態。通常，人們看到是散居的綠色蝗蟲，它們相對溫和，危害不大。然而，當蝗蟲聚集在一起，種群密度較高時，它們的體色會逐漸變成黑棕色，迅速繁殖，并吸引周圍的同類加入，飛快吞食所經過地區的農作物和其他植物，引發嚴重經濟損失。
群散居蝗蟲對比。
成群的蝗蟲很難治理，而大量使用化學農藥，會造成生態環境污染。能否通過生物手段不讓蝗蟲集群，從而控制蝗災呢？2020年，康樂團隊發現4VA會引起蝗蟲聚集后，為這一想法提供了出路。
然而，這種信息素如何在蝗蟲體內合成？為何僅群居型蝗蟲能產生該物質？仍是未解之謎。
此次研究中，合作團隊通過穩定同位素標記實驗，首次繪制出4VA的合成“路線圖”：當一只蝗蟲在吞食植物時，其群聚信息素的生物合成就開始了，它會吸收植物的氨基酸苯丙氨酸，歷經肉桂酸、對羥基肉桂酸，隨血淋巴擴散轉化為4-乙烯基苯酚（4VP），最終在甲基轉移酶——4VPMT1和4VPMT2（以下簡稱4VPMTs）的催化下生成4VA。
值得關注的是，蝗蟲可直接從植物中獲取前體物質，僅需兩步反應即可合成信息素，展現出高效節能的進化策略。
簡單地說，康樂表示，蝗蟲這種“借植物原料，筑‘集結’信號”的合成策略，極大提升了蝗蟲的信息素合成效率。
蝗蟲。
給蝗蟲群聚裝上“智能剎車”
研究團隊發現，散居與群居蝗蟲的區別，關鍵在于4VP到4VA的甲基化步驟。群居型蝗蟲體內4VPMTs的表達量隨種群密度升高而激增，猶如“分子開關”控制4VA的釋放。當通過RNA干擾技術抑制這兩種酶的表達后，群居蝗蟲顯著向散居行為轉變。
以此為靶點，他們設計篩選出小分子抑制劑4-硝基苯酚（4NP）——其與酶的結合親和力比天然底物4VP更高，能競爭性占據活性位點，在0.1納摩爾的極低濃度下即可抑制4VA合成。
實驗顯示，飼喂噴灑4NP的麥苗后，群居蝗蟲的4VA釋放量顯著下降，群聚行為顯著向散居行為轉變。與此類似，即使對散居蝗蟲進行群聚化處理，4NP仍能阻斷其向群居行為轉變。
“這相當于給蝗蟲群聚行為裝上了‘智能剎車’?！?雷曉光比喻說，4NP作為底物類似物，與4VPMTs的特異性相互作用，既能干擾4VA的合成通路，又能避免其他代謝通路時產生的脫靶效應。
蝗蟲群聚信息素4VA的生物合成解碼與行為操控。
害蟲防控迎來新里程碑
昆蟲信息素作為維系昆蟲種內協同與種間互作的核心化學紐帶，其功能機制的深度解析與創新應用，始終是害蟲綠色防控領域的前沿焦點與攻堅方向。
中國農業科學院植物保護研究所研究員吳孔明院士評價稱，該系列研究不僅填補了昆蟲化學通訊合成機制研究與靶向調控的重要空白，更開創了“以生物信息流為靶點”的害蟲防控新思路，標志著害蟲防控邁入“智能調控時代”。
中國科學院院士、中國科學院微生物研究所研究員高福指出，其“結構解析-機制闡明-藥物設計-功能調控”的全流程創新范式，具有廣泛借鑒意義。上海交通大學教授劉文則表示，蝗蟲利用植物代謝產物合成信息素的“取巧”策略，為理解昆蟲與植物的協同進化提供了新視角。
蝗蟲。圖片均由康樂院士團隊提供
通過干擾害蟲化學通訊而非直接毒殺，實現精準、綠色防控，為害蟲治理開辟了全新路徑。下一步，研究團隊希望，能夠進一步開發出能夠抑制蝗蟲群聚信息素的更多候選化合物。
中國科學院動物研究所郭曉嬌、北京大學高磊、中國科學院動物研究所博士生李世煒為論文共同第一作者，康樂、雷曉光為共同通訊作者。中國科學院動物研究所、北京大學與河北大學的多位研究生為本研究做出了重要貢獻。該工作得到了國家自然科學基金項目、國家重點研發計劃和新基石基金會等的支持。
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-025-09110-y
本文鏈接：給蝗蟲“集結”按下“剎車鍵”http://m.sq15.cn/show-11-22582-0.html
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