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欧洲玉米螟是造成全球玉米年减产的关键害虫。为阐明其雄性个体识别雌性释放的性信息素（E/Z-11-十四碳烯乙酸酯）的分子机制，研究人员成功对性信息素结合蛋白OnubPBP2进行了异源表达与功能研究。结果显示，该蛋白在pH 6.5下能以纳摩尔级亲和力结合两种信息素异构体，并在酸性条件下发生可逆的结构转变。此工作不仅首次实现了OnubPBP2的体外功能表征，也为开发基于嗅觉蛋白的新型害虫防控策略提供了理论基础。
在农业生产中，有一种名为欧洲玉米螟（Ostrinia nubilalis）的鳞翅目害虫，每年在全球范围内造成数百万吨的玉米损失，严重威胁粮食安全。这种蛾子有一个独特而高效的“相亲”系统：雌蛾释放出微量的、由特定化合物组成的化学信号（性信息素），雄蛾则凭借其灵敏的触角，在茫茫夜色中循着这股“气味”精准定位配偶，完成繁衍。这个过程的起点，发生在雄蛾触角的嗅觉感受器里，其中高浓度存在的性信息素结合蛋白（Pheromone-Binding Proteins, PBPs）扮演了至关重要的“气味分子转运员”角色。它们负责捕获环境中疏水性的信息素分子，并将其运送到神经元受体附近。理解PBPs如何结合并释放信息素，是解密昆虫通讯密码、进而开发新型干扰其交配的绿色防控技术的关键。然而，对于欧洲玉米螟这种重要害虫，其关键的PBP2蛋白（命名为OnubPBP2）的详细功能和结构特性此前尚未在体外得到阐明，这限制了基于该蛋白的精准调控策略的开发。
研究人员利用分子克隆技术，将OnubPBP2的基因转入大肠杆菌（Escherichia coli）表达系统，成功获得了可溶性的重组蛋白。通过一系列层析步骤（如镍柱亲和层析、离子交换层析、凝胶过滤层析）对蛋白进行了纯化。随后，他们运用多种生物物理和计算生物学方法对其功能与结构进行了系统表征：包括使用荧光竞争结合实验测定蛋白与两种主要性信息素异构体（E-11-十四碳烯乙酸酯和Z-11-十四碳烯乙酸酯）的结合亲和力（KD值）；利用分子对接模拟计算结合能，并与实验数据相互验证；最关键的是，采用高分辨核磁共振（NMR）技术，在不同pH条件下对蛋白进行滴定，实时监测其构象的动态变化。
研究结果
重组OnubPBP2的成功表达、纯化与功能活性验证
研究人员成功实现了OnubPBP2在大肠杆菌中的异源表达，并纯化出高纯度的蛋白。荧光结合实验证实，纯化出的重组蛋白具有生物学活性。在模拟昆虫触角内环境的中性pH（6.5）条件下，OnubPBP2能以纳摩尔级的亲和力（表现出较低的平衡解离常数KD）高效结合E-和Z-11-十四碳烯乙酸酯这两种关键的性信息素组分。分子对接模拟计算出的结合自由能与荧光置换实验测得的结合亲和力高度一致，从计算角度支持了实验结果的可靠性，并揭示了可能的结合位点与相互作用。
OnubPBP2独特的pH依赖性构象转换
高分辨率核磁共振滴定实验揭示了一个关键发现：OnubPBP2的构象高度依赖于环境pH值。在中性pH时，蛋白呈现折叠良好的紧密结构。然而，当环境变为酸性时，蛋白会发生可逆的构象转变，形成一种部分去折叠的、类似于“熔球态”的中间状态。这种结构上的灵活性意味着，在从触角淋巴液（中性）运输到嗅觉受体神经元膜附近（推测为酸性）的过程中，OnubPBP2可能通过自身结构的“松绑”来促进所携带的信息素配体的释放。
对Ostrinia属PBP功能多样性与进化的启示
本研究观察到的这种pH诱导的可逆构象变化，在玉米螟属（Ostrinia）的其他几种PBP中也存在类似报道，但在其他昆虫的PBP中并不常见。这表明，这种独特的动态行为可能定义了玉米螟属PBP的一个 divergent（发散）亚类。这种结构上的灵活性与稳定性之间的特殊平衡，可能是一种适应性的分子机制，它赋予了OnubPBP2（及同属类似蛋白）更强的功能多样性，使其能够更高效地处理不同配体，并响应细胞内的微环境变化来完成其转运使命。
结论与讨论
本研究首次成功地对欧洲玉米螟的性信息素结合蛋白OnubPBP2进行了异源表达、纯化和系统的功能与结构表征。研究明确了其在生理pH下对关键性信息素成分的高亲和力结合能力。最突出的发现是揭示了该蛋白存在一种可逆的、pH依赖性的构象转变，能在酸性条件下形成部分去折叠的熔球态。这一特性很可能与其在嗅觉信号传导末端的配体释放效率密切相关。与已知的、结构更为刚性的经典PBP不同，OnubPBP2所代表的这类具有独特pH响应动力学特性的蛋白，构成了玉米螟属PBP中一个功能多样的亚类。这项工作不仅为理解欧洲玉米螟性信息素识别的初始分子事件提供了关键的实验数据，揭示了其PBP蛋白一种潜在的、以构象灵活性平衡结合与释放功能的新机制，也为未来针对该蛋白设计小分子抑制剂或干扰剂，开发基于嗅觉干扰的新型、物种特异性害虫绿色防控技术奠定了坚实的分子基础。相关研究成果已发表于《Scientific Reports》期刊。
