近年来，昆虫嗅觉受体可视化技术的进步为农业害虫防治新策略的制定奠定了分子基础。一篇科学综述汇总了嗅觉受体（ORs）的结构、进化、信号转导和应用等方面的数据。嗅觉受体是一种蛋白质，与昆虫对食物、配偶、产卵地点和天敌的探测密切相关。
这项研究突出了一个核心要点：过去三年中通过冷冻电镜获得的结构改变了我们对嗅觉受体-Orco复合物的理解。数据表明，该复合物是由一个嗅觉特异性OR亚基和三个Orco亚基组成的功能性离子通道。这种1:3的比例也出现在亲缘关系较远的昆虫中，例如蚜虫、蚊子和苍蝇。
分子界面
嗅觉受体（ORs）作为分子界面，将环境中的化学信号转化为嗅觉神经元中的电脉冲。挥发性分子通过感觉毛的孔道进入，在气味结合蛋白的帮助下穿过感觉毛淋巴液，到达神经元的树突膜。在那里，它们与OR-Orco复合物相互作用。激活信号随后传递至触角叶，并最终到达更高级的脑中枢。
该综述将昆虫气味受体描述为具有七个跨膜结构域的蛋白质。它们的拓扑结构与脊椎动物G蛋白偶联受体的拓扑结构相反。N端位于细胞内侧，而C端位于细胞外侧。这一特性使得气味受体类似于离子通道。
orc受体发挥结构性作用，它并不直接与气味分子结合。它是精细调节嗅觉受体（ORs）的必要组成部分。它还参与离子通道的形成，并有助于受体正确转运至嗅觉神经元膜。该综述指出，与特定ORs的巨大多样性相比，orc受体在昆虫中高度保守。
高分辨率
高分辨率结构使得蚜虫 ApOR5-Orco 受体中气味结合口袋的定位成为可能。 豌豆草警戒信息素（E）-β-法尼烯与嗅觉受体亚基结合。这种结合会移动S7b螺旋，并促进嗅管的不对称开放。在蚊子中 埃及伊蚊 e 冈比亚按蚊OR-Orco结构证实了相同的建筑原理。
该综述还提出了一个信号转导的整合模型。OR-Orco复合物通过快速离子型通路发挥作用，在气味分子结合后直接开放通道。这种开放允许钠、钾和钙等阳离子流入。该系统还会触发由IP3介导的代谢型通路。该通路通过从细胞内储存释放钙来放大信号。
演化场
在进化领域，科学家指出嗅觉受体起源于味觉受体。这一转变伴随着昆虫进化过程中对挥发性化合物检测能力的日益增强。嗅觉受体从味觉受体分化出来后，在不同的谱系中经历了特定的扩张。
嗅觉受体基因的多样性因不同类群的生态环境而异。社会性昆虫，例如蚂蚁和蜜蜂，可能拥有丰富的嗅觉受体基因库，以构建复杂的通讯系统。而其他类群的嗅觉受体基因库则相对较小。该综述将这种差异归因于基因的“诞生与死亡”模型，即基因复制产生新的拷贝。一些拷贝获得了有用的功能，而另一些则失去了功能。
半化学设计
在农业领域，最直接的应用在于合理设计信息素。受体的三维结构使得我们可以对能够激活或阻断嗅觉受体（OR）的分子进行虚拟筛选。这种方法减少了在寻找具有行为效应的化合物时对反复试验的依赖。
科学家们认为反向化学生态学是加速配体发现的一种方法。该方法利用预测的受体序列和结构指导计算机模拟或体外实验，旨在找到能够吸引、驱避或干扰害虫行为的化合物。
另一个研究方向涉及基因干扰。通过RNA干扰降低Orco表达以及利用CRISPR-Cas9进行基因编辑，会导致不同物种的嗅觉功能障碍。在某些情况下，还会出现交配行为改变和适应性降低。这些结果表明，Orco和特定的嗅觉受体（OR）是功能验证和未来管理策略的研究靶点。
更多信息请访问 doi.org/10.3390/insects17050496
