今日《自然》：为蝗灾防控提供新思路！康乐、雷晓光合作首次解析蝗虫聚集信息素生物合成通路

蝗虫通常喜欢独居，危害有限。但在食物匮乏等情况下，它们会改变习性，转为群聚生活，最终大量聚集、集体迁飞，形成令人生畏的蝗灾。大量的蝗虫会吞食禾田，使农产品完全遭到破坏，引发严重的经济损失以致因粮食短缺而发生饥荒。《诗经》中提到的“去其螟螣（螣即蝗虫），及其蟊贼，无害我田稚。田祖有神，秉畀炎火”，指的就是蝗虫引起的灾变。

19世纪起，人类开始通过合成杀虫剂来防治蝗虫。不过，随着传统杀虫剂对生物多样性和人类健康的破坏性副作用逐渐受到重视，开发更具可持续性的替代性害虫防治策略意义重大。

昆虫信息素（insect pheromone）作为昆虫体内各种腺体或细胞产生并分泌到体外的微量化学物质，是昆虫种内和种间通讯的重要化学媒介，其在昆虫的求偶、交配、觅食、聚集、产卵、导航定向、防御报警和种间识别等行为中发挥重要作用。因此，昆虫信息素的开发与利用，是实现精准调控害虫行为、推动害虫绿色可持续防控发展的关键突破方向。

鉴定和合成昆虫信息素是实现这种绿色防控策略的必要环节。尽管已有超过3000种昆虫的信息素被发现和鉴定，但昆虫信息素的生物合成研究常常缺少有效的手段，因此鲜有研究能够全面揭示特定信息素在昆虫体内的生物合成途径。2020年，中国科学院动物研究所康乐团队在《自然》论文中首次报道了4-乙烯基苯甲醚（4VA）是飞蝗的聚集信息素，揭示了蝗虫聚集造成蝗灾的重要因素。不过到目前为止，4VA的生物合成通路与化学调控方法仍然未知。

今日，《自然》（Nature）期刊在线发表了中国科学院动物研究所康乐与北京大学雷晓光合作完成的最新研究成果。该研究首次解析了蝗虫群聚信息素4-乙烯基苯甲醚（4VA）的完整生物合成途径，成功鉴定出4VA的关键合成酶，并基于此设计和筛选出抑制蝗虫聚集行为的4VPMT蛋白特异性抑制剂，为蝗灾防治奠定了重要基础。《自然》也将该成果作为重点推荐文章，同期配发了评论文章并在网站首页予以报道。

在这项研究中，研究团队首先对比分析了饥饿状态下与进食小麦幼苗后的群居型蝗虫，他们发现群聚信息素4VA的释放量在饥饿时急剧下降；而在饱餐后又得以恢复，这提示4VA合成需要植物来源的前体物质。检验了不同前体物质后，研究团队将4VA合成的起始原料锁定为苯丙氨酸。

接下来，研究团队解析了苯丙氨酸生物合成4VA的完整路线，即：苯丙氨酸→肉桂酸→对羟基肉桂酸→4-乙烯基苯酚（4VP）→4VA。有趣的是，独居与群居型蝗虫体内都检测到了4VP，但只有群居型能实现生物合成的最后一步——将4VP转化为4VA。这一关键差异提示，最后一步的甲基化反应可能是决定蝗虫能否释放聚集信号的分水岭。

由于信息素主要从蝗虫的后腿释放，因此研究团队进一步筛选了在群居型蝗虫后腿中高表达的甲基转移酶基因，发现4VPMT1和4VPMT2是催化4VP甲基化为4VA的关键酶。其中，4VPMT1的催化效率远高于4VPMT2，是4VA合成的主力酶。而在敲低这两个甲基转移酶基因后，蝗虫的4VA合成量骤降、群居行为减弱，证实4VPMT1和4VPMT2是调控蝗群聚的关键开关。

基于酶-底物构效关系的深度解析，研究团队解释了4VPMT1和4VPMT2的活性差异，并且鉴定出几种通过抑制4VPMT蛋白的酶活性，从而阻止4VA的生成的特异性小分子抑制剂。这些抑制剂成功实现了对蝗虫群聚信息素4VA生物合成与释放过程的精准化学调控，进而完成了对其群聚行为的人工定向干预。

▲蝗虫群聚信息素4VA的生物合成解码与操控（图片来源：研究团队提供）

综上，该研究不仅深入揭示了蝗虫群聚信息素生物合成的分子机制，更在理论与技术层面为研发基于信息素调控的害虫精准防控策略奠定了坚实科学基础，为农业害虫绿色防控体系的构建开辟了全新路径。

封面图来源：123RF

参考资料：

[1] Guo, X., Gao, L., Li, S. et al. Decoding 4-vinylanisole biosynthesis and pivotal enzymes in locusts. Nature (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09110-y

[2] Plagues of locusts could be avoided by using compounds that suppress swarming. Nature (2025). DOI: 10.1038/d41586-025-01859-6

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