中國農(nóng)科院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所所科學家研究成果上《自然》

首次破解幾丁質合成的分子機制 為綠色農(nóng)藥發(fā)展帶來新希望

記者從中國農(nóng)科院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所（以下簡稱“基因組所”）獲悉，北京時間2022年9月21日晚23時，基因組所楊青教授團隊聯(lián)合中國農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所、中國科學院等單位的科學家在《自然（Nature）》在線發(fā)表了歷時15年完成的一項研究成果。該項成果是全球綠色農(nóng)藥發(fā)展研究領域的重大突破，對全球食品和糧食安全有重大意義。

據(jù)悉，該研究解析了大豆疫霉菌幾丁質合成酶的冷凍電鏡結構，首次揭示了幾丁質生物合成的完整過程，并闡明了尼克霉素抑制幾丁質生物合成的機制。這是我國農(nóng)藥研究領域首篇發(fā)表在《自然》的論文。論文匿名評審專家指出：“盡管幾丁質存在于各種不同的生命形式中，但幾丁質生物合成機制在進化上是保守的。這個工作是創(chuàng)新的，無疑具有廣泛的影響力”。

論文作者之一楊青告訴記者，幾丁質在昆蟲和真菌中均為不可或缺的結構成分，但并不存在于植物和哺乳動物中，因此幾丁質合成酶是創(chuàng)制高效、安全、生態(tài)友好農(nóng)藥的重要靶標之一。“幾丁質合成酶既是殺菌劑的靶標，又是殺蟲劑的靶標。”

當前，農(nóng)藥毒性和病蟲害產(chǎn)生的抗藥性給人類食品安全帶來了嚴峻挑戰(zhàn)。楊青說，加速研發(fā)安全、新作用機制的農(nóng)藥是有效解決途徑，其科學問題的核心在于農(nóng)藥分子靶標，即病蟲害體內可與農(nóng)藥分子結合從而使農(nóng)藥發(fā)揮藥效的生物大分子，如蛋白質、酶、多肽和核酸等。

然而，目前全球70%廣泛使用的殺蟲劑品種只針對5個分子靶標，60 %廣泛使用的殺菌劑品種只針對3個靶標。“分子靶標非常少。”論文第一作者、中國農(nóng)科院植物保護研究所陳威說，長期使用針對單一靶標的農(nóng)藥很容易使病蟲害產(chǎn)生高抗藥性，最終導致農(nóng)藥無法控制病蟲害種群而出現(xiàn)病蟲害爆發(fā)頻發(fā)的災害，這也是全球農(nóng)業(yè)病蟲害防控所面臨的重大問題。

從上世紀七十年代起，盡管全球各國投入了大量的人力、物力和熱情，試圖研發(fā)出更多種類和更加高效的靶向幾丁質合成酶的綠色農(nóng)藥，但始終進展緩慢。

“我們對幾丁質合成酶沒有解決的科學問題一直很清楚，所以能在技術成熟的時候，直奔這個問題去找答案。”楊青說。

中國工程院院士、貴州大學校長宋寶安指出，這是我國科學家在農(nóng)藥分子靶標研究領域的一個里程碑，使得以幾丁質合成酶為靶標的綠色農(nóng)藥精準設計成為了可能。有助于創(chuàng)制出重量級的綠色農(nóng)藥品種，提升我國農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)的核心競爭力和對農(nóng)業(yè)有害生物的防控能力，保障我國食品和糧食安全。