梨小食心虫新型引诱剂的靶向筛选及行为学检测

As a worldwide fruit borer, Grapholita molesta is hard to control. The efficient discovery and application of novel attractants are significant to the integrated management of G. molesta. Considering the high affinity between sex pheromone Z8-12:Ac and G. molesta pheromone binding protein 2 (GmolPBP2), a pharmacophore model for targeted virtual screening is constructed based on the binding modes of GmolPBP2-Z8-12:Ac complex. After layers of virtual screening, the obtained odorants are further refined by fluorescence competitive binding assay. Odorants showing high affinity to GmolPBP2 are subsequently subjected to behavior tests, only those attracting G. molesta moths are considered as attractants and can be further developed for application. Finally, to optimize the lure components currently used in the orchard control of G. molesta, behavior tests towards the mixture in varying proportions of novel and pre-existing G. molesta attractants are performed as well. The project aims to develop the efficient discovery and detection process of G. molesta attractants, as well as to provide new ideas and references for the development of attractants of other insects.

作为一种世界性的重要蛀果害虫，梨小食心虫的防治十分困难。如何有效地发现和使用新型的引诱剂对梨小食心虫的防治具有重要意义。研究发现，梨小食心虫性信息素Z8-12:Ac对梨小食心虫信息素结合蛋白2（GmolPBP2）特异性地具备高亲和度。因此，为实现新型引诱剂的靶向筛选，本项目构建了基于GmolPBP2与Z8-12:Ac相互作用的药效团模型，并以此模型为基础对ZINC数据库进行了多重虚拟筛选；进一步通过荧光竞争结合实验去除其中不能与GmolPBP2结合的气味分子；通过室内行为实验检测能与GmolPBP2结合的气味分子对梨小食心虫雌雄成虫的诱集效果；最后通过不同比例混配新发现的梨小食心虫引诱剂和已知的性诱剂，对现有的梨小食心虫诱芯组成进行改良。本项目在构建并完善梨小食心虫引诱剂高通量虚拟筛选和检测流程的同时，还为其它害虫引诱剂的研发和应用提供了新的思路和借鉴。

在害虫的综合治理中，基于信息素的害虫治理已成为一种重要的绿色防控手段。通过添加增效剂来提高信息素产品的防效可进一步促进信息素在害虫防治中的应用，进一步减少化学农药的使用。本研究以梨小食心虫（梨小）信息素结合蛋白2（GmolPBP2）为分子靶标，基于反向化学生态的理念对梨小性信息素增效剂进行了筛选。首先基于分子动力学技术对GmolPBP2的结构特征进行了探索，明确Phe11、Trp36和Ile51等残基所在区域为该蛋白配体结合区域的核心。之后，通过联合运用分子对接、体外结合实验等技术发现了4种与GmolPBP2结合活性好的气味分子。室内行为实验和田间诱集实验表明，在这4种气味分子中只有Codlemone（Cod）对梨小性信息素表现出优秀的增效活性，其增效活性显著优于现有增效剂 (Z)-8-dodecenol （Dod）。本研究进一步以Cod为增效剂对已商品化的梨小性诱剂进行改良，发现Cod与梨小性信息素的最佳混配比例为(Z)-8-dodecenyl acetate:(E)-8-dodecenyl acetate:Cod=95:4:10。在该比例下，梨小性诱剂的田间诱集效率提高了5~6倍。进一步比较Cod和Dod与GmolPBP2的结合模式，我们发现Cod中的C10=C11结构显著提高了Cod脂肪链与周围残基的疏水作用。此外，该部位疏水作用的提高改变了Cod中羟基的朝向，使得羟基与Ala72等残基的静电作用增强。静电势互补结果也显示C10=C11的存在改善了Cod在GmolPBP2疏水口袋中的结合状态。本研究构建的增效剂筛选流程及增效剂Cod中关键结构的发现可促进梨小性信息素增效剂的发现、设计和优化，进一步提高性信息素产品的害虫防治效果。