2022-11-16 14:52:07
近日，《自然（Nature）》在線發(fā)表了中國農業(yè)科學院植物保護研究所、深圳農業(yè)基因組研究所楊青團隊及其合作者的最新成果。該成果通過解析大豆疫霉幾丁質合酶PsChs1的冷凍電鏡結構，闡明了幾丁質生物合成的機制，從而為針對幾丁質合成酶的新型綠色農藥精準設計奠定了基礎。
幾丁質俗稱甲殼素，是地球上含量最豐富的氨基聚糖。幾丁質的生物合成是最古老的生物合成途徑之一，對大量生物的生存和繁殖至關重要，這些生物包括許多種嚴重危害農業(yè)生產的害蟲、病原真菌和卵菌等。幾丁質不存在于植物和哺乳動物中，因此幾丁質合成酶是高效、安全、生態(tài)友好的農藥創(chuàng)制的重要靶標之一。同時，幾丁質在昆蟲和真菌中均為不可或缺的結構成分，因此，幾丁質合成酶既是殺菌劑的靶標，又是殺蟲劑的靶標。
然而，在過去的50年中，靶向幾丁質合成酶的綠色農藥進展緩慢。其中一個重要原因是缺乏準確的幾丁質合成酶的三維結構信息，幾丁質合成酶的結構-功能關系不明確，嚴重阻礙了針對該酶設計新的農藥品種。
該研究選取了大豆疫霉菌的幾丁質合成酶PsChs1為研究對象，通過前沿生物學技術包括冷凍電鏡、掃描電鏡、X射線衍射等，解析了5個不同催化反應狀態(tài)PsChs1的三維結構，揭示了幾丁質合成酶實現幾丁質生物合成的三個重要過程：酶與底物結合、新生成的幾丁質鏈延伸、產物釋放，并闡明了活性小分子尼克霉素能夠抑制幾丁質生物合成的機制。這一原創(chuàng)性工作為靶向幾丁質合成的綠色農藥開發(fā)提供了基礎性、關鍵性信息，使得以幾丁質合成酶為分子靶標精準開發(fā)新型綠色農藥成為科學可行的方案。
中國工程院院士宋寶安指出，對于綠色農藥分子靶標的開發(fā)和利用已經成為國家的重大需求，一個新的靶標不僅可以催生出幾十甚至上百種農藥品種，也能極大緩解已有農藥品種的抗藥性問題。該研究解析了一個公認綠色的農藥分子靶標——幾丁質合成酶的三維結構，闡明了幾丁質生物合成的機制和抑制劑的作用機制，是我國科學家在農藥分子靶標研究領域的一個里程碑，有助于創(chuàng)制出重量級的綠色農藥品種，提升我國農藥產業(yè)的核心競爭力和對農業(yè)有害生物的防控能力，保障我國糧食安全。
中國工程院院士錢旭紅認為，該研究突破了幾丁質農藥領域一個近50年的發(fā)展瓶頸，通過在原子尺度上對幾丁質合成酶與底物、產物和抑制劑的結合模式的分析，為人類數十年以來未能實現的生態(tài)環(huán)境友好農藥的夢想提供了實現的舞臺：基于幾丁質合成酶的結構精準設計綠色農藥。此研究成果具有里程碑的意義，標志著中國農藥研發(fā)水平提升到了基礎理論原始創(chuàng)新的高度。該工作也是全球農藥創(chuàng)新研究與開發(fā)近幾十年來最重要的基礎性進展之一。
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