在自然界中，生物之间的相互作用是复杂而多样的，信息交流涉及物理、化学和生物等多个层面。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。而揭示昆虫信息素的合成途径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，但是全面揭示一个特定的信息素在昆虫体内的生物合成途径鲜见报道。
北京时间2025年6月25日23:00，国际顶级学术期刊《自然（Nature）》在线发表了中国科学院动物研究所康乐团队与北京大学雷晓光团队合作完成的最新研究成果“Decoding 4-vinylanisole biosynthesis and pivotal enzymes in locusts”（解码蝗虫群聚信息素4-乙烯基苯甲醚生物合成与关键催化反应酶）。该研究系统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的生物合成前体化合物以及关键合成酶4VPMT1和4VPMT2，基于酶-底物构效关系的解析，研究团队通过设计和筛选开发出特异性小分子抑制剂，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。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。
蝗虫利用植物种最常见的氨基酸来合成自己特异的群聚信息素，这是一个非常精巧和节省能量的适应策略。鉴于苯丙氨酸向肉桂酸继而向对羟基肉桂酸的转化过程是植物木质素生物合成中的保守途径，蝗虫能够快速获取大量生物合成前体以促进后续转化。借助这些植物源中间体，蝗虫仅需两步反应即可将其转化为群聚信息素4VA。因此，4VA也可以看作食物信号，这也可能是4VA成为蝗虫聚集信息素的一大内在驱动力。同时，群居型飞蝗通过精准调控4VPMTs的表达，即可完成4VP到4VA的生物转化，从而实现信息素的释放和终止。4VPMTs介导的甲基化将4VP的羟基转化为4VA的甲氧基，不仅能降低分子亲水性，还能增强挥发性。这些适应性机制显著降低了蝗虫的能量与物质消耗，极大提高了群聚信息素4VA的合成效率，同时显著增强了其应对环境变化的灵活性与适应性。
4VPMTs是4VA生物合成的关键酶，也是抑制蝗虫聚集的重要靶点。4-硝基苯酚（4NP）通过竞争性结合4VPMTs来抑制4VA生物合成。作为底物类似物，4NP酚羟基的亲核性因吸电子硝基的存在而显著降低，使其成为反应活性较弱的底物。值得注意的是，4NP与4VPMTs的结合亲和力高于4VP，从而能竞争性占据酶活性位点。从蛋白结构特征来看，4NP与4VPMTs的特异性相互作用既保证了抑制剂的选择性，又能最大限度避免干扰其他代谢通路时产生的脱靶效应。
该研究通过系统性解析蝗虫群聚信息素 4VA 的生物合成路径，精准鉴定关键合成酶，并以此为靶点设计出高效特异的小分子抑制剂，成功实现了对蝗虫信息素合成的靶向化学调控及群聚行为的人工干预。这是生物信息流研究的重要突破，这一成果不仅深度揭示了昆虫化学通讯的分子机制，更创新性地为害虫防控提供了全新策略—-—通过干预昆虫信息素通路实现行为调控，而非依赖传统化学农药。其成果将有力推动害虫防控模式的革命性转变—-—从过度依赖化学杀虫剂的传统模式，向精准化、绿色化的行为调控模式跃迁，为农业害虫综合治理体系的革新奠定了坚实的理论根基与技术支撑，有望在保障粮食安全、守护生态环境与人类健康领域发挥深远影响。
中国科学院动物研究所郭晓娇、北京大学高磊、中国科学院动物研究所博士生李世炜为论文的共同第一作者，中国科学院动物研究所康乐与北京大学雷晓光为共同通讯作者。中国科学院动物研究所、北京大学与河北大学的多位研究生为本研究做出了重要贡献。该工作得到了国家自然科学基金项目、国家重点研发计划和新基石基金会等的支持。
（报道媒体：1.科学网；2.中国科学报；3.网易新闻；4.北京新闻部；5.生物通；6. X-MOL资讯；7.公众号：小青虫； 8.公众号：遇见生物合成；9.公众号：BioArt；10.科技日报；11.公众号：科技大满贯；12.公众号：中科院之声；13.公众号：学术经纬；14. 公众号：丁香学术；15. 新华网；16. 公众号：论坛全球；17. 中国日报；18. 搜狐新闻；19. 公众号：植物保护学报；20. 公众号：林木代谢研究；21. 公众号：iNature；22. 公众号：中华蜜蜂网；23. 视频号：央视新闻；24. 化学加；25. 环球科学）
