馬鈴薯塊莖蛾（Potato tuber moth, Phthorimaea operculella）是全球茄科作物的重要害蟲，是典型的鉆柱性害蟲，可同時(shí)危害田間種植期和貯藏期馬鈴薯植株或薯塊，給馬鈴薯產(chǎn)業(yè)帶來嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。長期以來，馬鈴薯塊莖蛾防控主要依賴化學(xué)農(nóng)藥，防效差且存在環(huán)境與安全隱患。一系列基于生態(tài)學(xué)的害蟲防控策略應(yīng)運(yùn)而生，其中就包括“推-拉”策略（Push-Pull）?！巴?拉”策略通過利用植物釋放的引誘物和驅(qū)避物調(diào)控害蟲行為，被認(rèn)為是害蟲綠色防控的重要手段。然而，利用栽培品種本身或其釋放的引誘物和驅(qū)避物構(gòu)建馬鈴薯塊莖蛾“推-拉”防治策略是否可行？其背后的化學(xué)與分子機(jī)制一直缺乏系統(tǒng)解析。

2026年4月6日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所高玉林研究員團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國內(nèi)外科研團(tuán)隊(duì)在PNAS在線發(fā)表題為Semiochemicals and odorant receptors underlying potato cultivar susceptibility and resistance to potato tuber moth的研究論文。該研究系統(tǒng)揭示了不同馬鈴薯品種揮發(fā)物差異如何通過特異性氣味受體調(diào)控馬鈴薯塊莖蛾的寄主選擇行為，從分子水平闡明了馬鈴薯塊莖蛾差異化識(shí)別寄主化學(xué)通訊機(jī)制，為構(gòu)建基于品種本身或信息化學(xué)物質(zhì)的“推-拉”綠色防控體系提供了分子靶標(biāo)和理論基礎(chǔ)。

科研團(tuán)隊(duì)在田間和室內(nèi)條件下對(duì)46個(gè)馬鈴薯品種開展系統(tǒng)評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)不同品種在幼蟲密度、產(chǎn)卵量和受害程度上存在顯著差異。通過揮發(fā)物分析與行為測定，鑒定出多種具有明確行為活性的揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）：反式橙花叔醇（trans-nerolidol）和β-紫羅蘭酮（β-ionone）對(duì)雌蛾具有引誘作用，而3-蒈烯（3-carene）和惕各酸芐酯（benzyl tiglate）則表現(xiàn)為顯著的產(chǎn)卵抑制或驅(qū)避效應(yīng)。這些關(guān)鍵化合物在感蟲性品種與抗蟲性品種中的相對(duì)含量存在明顯差異，進(jìn)一步表明雌蛾通過識(shí)別品種特異的揮發(fā)物組合來決定產(chǎn)卵去向。

為進(jìn)一步揭示雌蛾如何識(shí)別這些氣味信號(hào)，科研團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步解析了馬鈴薯塊莖蛾的嗅覺受體系統(tǒng)。通過電生理篩選和異源表達(dá)體系，成功解析了6個(gè)氣味受體（odorant receptors, OR）的配體特異性。其中3個(gè)受體對(duì)關(guān)鍵揮發(fā)物表現(xiàn)出高度專一性：PopeOR01特異響應(yīng)反式橙花叔醇，該基因在交配后上調(diào)表達(dá)；PopeOR15和PopeOR73分別特異識(shí)別惕各酸芐酯和3-蒈烯。功能驗(yàn)證顯示，在高度感蟲品種中富集的反式橙花叔醇與PopeOR01密切相關(guān)，而在抗蟲品種中富集的3-蒈烯和惕各酸芐酯則分別對(duì)應(yīng)PopeOR73和PopeOR15的感受通路。為直接驗(yàn)證受體在行為中的功能，研究團(tuán)隊(duì)利用CRISPR/Cas9技術(shù)構(gòu)建基因敲除突變體。結(jié)果表明，PopeOR01缺失后，雌蛾對(duì)反式橙花叔醇的觸角電生理響應(yīng)和產(chǎn)卵偏好顯著喪失；PopeOR73敲除后，個(gè)體對(duì)3-蒈烯的驅(qū)避反應(yīng)明顯減弱。這一結(jié)果在分子層面系統(tǒng)建立了“品種揮發(fā)物-氣味受體-行為-田間受害結(jié)果”之間的因果聯(lián)系。

結(jié)合AlphaFold3結(jié)構(gòu)預(yù)測、分子對(duì)接和分子動(dòng)力學(xué)模擬，研究進(jìn)一步揭示了OR-Orco復(fù)合體的保守通道結(jié)構(gòu)及配體穩(wěn)定結(jié)合模式，發(fā)現(xiàn)受體結(jié)合口袋中的疏水和芳香相互作用決定了對(duì)不同揮發(fā)物的識(shí)別特異性。這些結(jié)構(gòu)信息為理性設(shè)計(jì)新型引誘劑或驅(qū)避劑、精準(zhǔn)調(diào)控害蟲嗅覺提供了分子框架。綜合化學(xué)生態(tài)學(xué)、功能基因組學(xué)、結(jié)構(gòu)生物學(xué)與行為學(xué)分析，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了“馬鈴薯品種揮發(fā)物組成-氣味受體特異識(shí)別-雌蛾產(chǎn)卵決策-害蟲發(fā)生程度”的調(diào)控模型，揭示了不同OR通路分別整合引誘與驅(qū)避信號(hào)，共同決定雌蛾在不同品種間的產(chǎn)卵分配。

綜上所述，該研究不僅深化了對(duì)昆蟲-寄主植物化學(xué)通訊機(jī)制的認(rèn)識(shí)，也為通過抗感品種選擇和信息化學(xué)物質(zhì)應(yīng)用構(gòu)建“推-拉”防控體系提供了關(guān)鍵科學(xué)依據(jù)和分子靶標(biāo)，對(duì)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)害蟲綠色防控具有重要意義。

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所博士研究生陳瑞朋為論文第一作者，高玉林研究員為通訊作者。美國加州大學(xué)戴維斯分校的Walter Leal教授為共同通訊作者，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所尹姣研究員、閆俊杰助理研究員，碩士研究生胡望濤、胡琴以及肯尼亞國際昆蟲生理與生態(tài)學(xué)中心 （ICIPE）Fathiya Khamis研究員也參與了該工作。本研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程項(xiàng)目的資助。

相關(guān)文獻(xiàn)：

1. Chen RP et al. Semiochemicals and odorant receptors underlying potato cultivar susceptibility and resistance to potato tuber moth.PNAS. 2026. 123.e2537754123

2. Gao YL et al. Complexities in the implementation and maintenance of integrated pest management in potato.Annual Review of Entomology. 2025. 70: 45–63.

https://www.annualreviews.org/content/journals/10.1146/annurev-ento-120523-023156

論文鏈接：

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2537754123