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植食性昆虫每年造成的损失占世界作物总产量的五分之一以上；而为控制害虫使用农药则又对生态系统造成破坏。市场对安全环保的生物基农药需求旺盛。一种生物基农药方案是昆虫性信息素。这种挥发性有机分子通常由雌性产生，以吸引雄性交配。因此，可通过人为施用性信息素诱捕雄虫，搅扰、破坏昆虫的繁殖，从而达到控制昆虫数量的目的。与杀虫剂相比，性信息素不会对人类健康或环境产生不利影响，并且对抗杀虫剂的昆虫种群也很有效。根据去年发表于Nature Sustainability的论文“Insect pest management with sex pheromone precursors from engineered oilseed plants”，到 2025 年，全球农业昆虫信息素市场预计将达到 57 亿美元，到 2027 年将达到 72 亿美元。过去的几十年中，水果、蔬菜和坚果等高价值作物中采用信息素破坏交配来控制害虫的情况的确在稳步增加。然而，基于信息素的害虫控制在许多经济上重要的作物中仍然很少见，特别是在大豆、玉米和棉花等大面积种植的作物中。这主要由于其传统化学合成成本较高。科学家已经探索了几种通过合成生物学生产性信息素替代方案，如酵母、烟草。近日，诺里奇厄勒姆研究所的研究人员通过精确的基因工程技术利用烟草表达性信息素；至关重要的是，他们展示了如何有效地管理这些分子的生产，以免妨碍植物的正常生长。该研究结果“Tunable control of insect pheromone biosynthesis in Nicotiana benthamiana”发表于Plant Biotechnology。Nicola Patron博士领导了这项新研究。该团队与瓦伦西亚植物分子和细胞生物学研究所的科学家合作，将烟草（Nicotiana benthamiana）进行遗传设计，以生产模拟蛾类的主要性信息素 (Z)-11-hexadecenyl acetate (Z11-16OAc) 。这种烟草还曾被设计用于生产埃博拉抗体甚至冠状病毒样颗粒，用于 COVID-19 疫苗。遗传设计是该研究亮点：所构建的 DNA 序列上还引入了一些分子开关来精确调节其表达，从而有效地打开和关闭制造过程。这种微调功能之所以是该成果的重要组成部分，是因为“强迫”植物不断表达性信息素有其弊端。“随着效率的提高，太多的能量从正常的生长和发育中转移。”Patron博士解释说，“植株生长受阻，反而降低了产能。我们的新研究提供了一种更微妙地调节基因表达的方法。”首先，研究人员使用更有效的二酰基甘油乙酰转移酶增加 Z11-16OAc 的积累。然后，演示和比较了合成调控元件，评估其对信息素生产的适用性，同时评估转基因或瞬时生产方法是否可能提供最佳的净产量。实验发现，硫酸铜可用于微调基因的活性，使它们能够控制基因表达的时间和水平。这一点尤其重要，因为硫酸铜是一种廉价且易于获得的化合物，已被批准用于农业。性信息素需要一系列不同的化合物以特定的比例混合才能成功吸引雄虫。该研究中，不同信息素成分的产生甚至能够被仔细控制，以精确的“鸡尾酒”配方更好地适应特定的害虫物种。“正确使用配方对于飞蛾信息素尤其重要，因为它们通常是特定比例的两三种分子的混合物。我们的西班牙合作者正在提取植物制造的信息素，并在测试与雌性分泌的信息素相比效果如何。”该团队希望他们的工作将为商业化使用植物生产的各种有价值的天然产品铺平道路。“使用植物的一个主要优点是，化学过程构建复杂的分子可能要昂贵得多。”Patron博士说。“植物已经产生一系列有用的分子，因此我们能够使用最新技术来适应和完善现有的机器。”该研究是 SUSPHIRE 项目的一部分，该项目得到了由 Horizon 2020 研究、创新计划以及 UKRI 生物技术和生物科学研究委员会（BBSRC）资助的 ERACoBiotech 的支持。