2024-12-26 14:07:38
有沒有一種能夠精準打擊，且綠色安全的高效農藥？隨著現(xiàn)代生物科學的發(fā)展，針對農業(yè)害蟲的“靶向農藥”，為農業(yè)植保領域帶來了新的契機。記者從中國農業(yè)科學院深圳農業(yè)基因組研究所（嶺南現(xiàn)代農業(yè)科學與技術廣東省實驗室深圳分中心）了解到，該所楊青團隊繼此前解析重要綠色農藥分子靶標——幾丁質合成酶的三維結構和工作機制后，又一次在農藥靶標學領域取得重要研究成果，研究首次揭示了ABCH轉運蛋白轉運脂質和外排農藥的分子機制，并獲得了能夠抑制轉運功能的小分子抑制劑。簡單來說，研究解析了害蟲的“外部防御”和“解毒”機制，并找到了能直接用于合成綠色農藥的有效成分，為新的生物“靶向農藥”研發(fā)奠定了理論基礎。研究成果于12月25日凌晨發(fā)表于《細胞（Cell）》雜志。
在漫長的農業(yè)發(fā)展進程中，農作物病蟲害對糧食安全構成的嚴重威脅，始終是人類必須面對的重大問題。據(jù)聯(lián)合國糧農組織估算，全世界每年因農作物病蟲害造成的產(chǎn)量損失高達40%，經(jīng)濟損失超過2200億美元?！跋x口奪糧”是擺在人們面前的一道難題。
人類與害蟲的斗爭是一段不斷變化的歷史，人類不斷尋找和開發(fā)出應對害蟲的“新武器”。楊青介紹，在過去，人們嘗試過噴灑農藥、氣味引誘、引入天敵等多種防治手段，但由于抗藥性的增加和成本過高等因素，導致防治效果并不理想。而且，過去常用的廣譜殺蟲劑，還有環(huán)境污染、殺死有益生物等副作用。
人們逐漸意識到，相比“萬能”農藥，更需要一種對害蟲更“專一”的農藥。于是，靶向農藥應運而生，所謂靶向，就是以害蟲為靶，針對害蟲獨特的結構特征而量身打造的一種農藥，因其專一性強、安全高效、無污染，又被稱為綠色農藥。
而創(chuàng)制靶向農藥的關鍵，在于找到合適的農藥分子靶標。所謂農藥分子靶標，是指農藥在分子水平上作用的特定生物分子或蛋白質，它們能夠直接影響害蟲的生命活動。
在這項研究中，楊青團隊發(fā)現(xiàn)了一類特殊的蛋白質——ABCH轉運蛋白，研究發(fā)現(xiàn)，這類蛋白負責將脂質運輸?shù)嚼ハx表皮，參與昆蟲表皮脂質屏障的構建，并與抗藥性直接相關。楊青介紹，“ABCH轉運蛋白是昆蟲將體內的脂質轉運到表皮的工具。沒有ABCH，昆蟲就會死亡。如果能夠抑制這一機制，那么就能夠精準殺死害蟲?！?/p>
而要抑制，首先要破解其運作的機制，在研究中，團隊科研人員發(fā)現(xiàn)，ABCH轉運蛋白優(yōu)先轉運昆蟲表皮中的重要脂質成分——神經(jīng)酰胺。神經(jīng)酰胺具有保濕和抗菌的功效。ABCH招募細胞膜中的神經(jīng)酰胺，讓它結合在一個狹窄、細長的“拱形”通道中，在ATP水解提供的驅動力下，形成一種“擠壓泵”，將神經(jīng)酰胺分子轉運到細胞外。
與此同時，他們還發(fā)現(xiàn)，ABCH除了具有轉運脂質方面的生理功能外，還具有外排殺蟲劑的功能，因而與害蟲的耐藥性產(chǎn)生相關。楊青介紹，ABCH每次招募兩個殺蟲劑“苯氧威”分子，進入“拱形”轉運通道，在ATP存在下，將具有細胞毒性的“苯氧威”分子排出細胞外。從而實現(xiàn)“解毒”的功能。
值得注意的是，迄今為止，ABCH亞家族轉運蛋白只特異性地存在于昆蟲和其他節(jié)肢動物以及斑馬魚中，而在人類、其他哺乳動物和植物中沒有發(fā)現(xiàn)。中國工程院院士錢旭紅表示，該發(fā)現(xiàn)，使ABCH成為了防治害蟲的理想分子靶標。
當昆蟲“防御”“解毒”的機制被發(fā)現(xiàn)，如何針對這一機制研發(fā)靶向農藥呢？通過篩選，楊青和團隊科學家們，找到了一個可以抑制ABCH轉運功能的小分子，它叫作LMNG。這個小分子，可以完美地將轉運蛋白“卡”在底物結合構象中，不能結合ATP完成農藥分子的外排功能。
楊青團隊發(fā)現(xiàn)LMNG可以通過“雙重鎖”機制同時阻斷ABCH的轉運通道與ATP水解。這一新的抑制機理的發(fā)掘為基于LMNG骨架設計靶向ABCH的高效殺蟲劑提供了強有力的支撐。
中國工程院院士宋寶安表示，“發(fā)現(xiàn)了這一機制，無疑是昆蟲抗藥性機制研究領域中，一項具有深遠意義的重大科學進展。研究團隊同時開發(fā)的ABCH轉運蛋白的特異性抑制劑，為解決抗藥性問題提供了全新的思路與有效手段，有望引領農業(yè)害蟲防控領域的技術革新潮流，開啟害蟲抗性治理的嶄新篇章。”
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