基于气味受体衍生肽的农业害虫草地贪夜蛾监测生物传感器

《Journal of Pest Science》：An odorant receptor-derived peptide biosensor for monitoring the agricultural insect pest Spodoptera frugiperda

　　

摘要

草地贪夜蛾（Spodoptera frugiperda）是一种具有高度破坏性的农业害虫，对全球粮食安全构成重大威胁。草地贪夜蛾强大的迁飞能力使得种群监测对于有效的害虫管理至关重要。目前的田间监测主要依赖性信息素诱捕器和人工计数，虽然有效但劳动密集。迫切需要发展低成本、高灵敏度和实时监测技术，以实现草地贪夜蛾爆发的早期检测和预警。本研究利用草地贪夜蛾雄虫通过气味受体（ORs）识别雌虫释放的性信息素这一原理，采用同源建模和分子对接技术，预测了草地贪夜蛾三种OR（SfruOR13、SfruOR56、SfruOR62）对两种性信息素——(Z)-9-十四碳烯乙酸酯（SP1）和(Z)-7-十二碳烯乙酸酯（SP2）的配体结合位点。基于这些预测的结合位点，设计并合成了八种气味受体衍生肽（ORPs），并制备了ORP传感器。结果表明，ORP7传感器对SP1的检测限（LOD）为10 ppb，ORP3传感器对SP2的检测限为50 ppb，两者均表现出高特异性，对30种相关化合物（乙酸酯类似物、非乙酸酯类昆虫信息素、寄主植物挥发物、一般植物挥发物）几乎无响应或无响应。值得注意的是，ORP7传感器可检测到少至2只活的雌性草地贪夜蛾，且传感器信号随蛾的数量变化而变化。本研究首次报道了一种直接监测活体草地贪夜蛾的生物传感方法。我们的发现表明，ORP传感器在昆虫学、害虫监测以及其他分析物检测等领域具有一定的应用潜力。