2024-12-27 10:04:46
有沒(méi)有一種能夠精準(zhǔn)打擊，且綠色安全的高效農(nóng)藥？隨著現(xiàn)代生物科學(xué)的發(fā)展，針對(duì)農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)的“靶向農(nóng)藥”，為農(nóng)業(yè)植保領(lǐng)域帶來(lái)了新的契機(jī)。記者從中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所（嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室深圳分中心）了解到，該所楊青團(tuán)隊(duì)繼此前解析重要綠色農(nóng)藥分子靶標(biāo)——幾丁質(zhì)合成酶的三維結(jié)構(gòu)和工作機(jī)制后，又一次在農(nóng)藥靶標(biāo)學(xué)領(lǐng)域取得重要研究成果，研究首次揭示了ABCH轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)脂質(zhì)和外排農(nóng)藥的分子機(jī)制，并獲得了能夠抑制轉(zhuǎn)運(yùn)功能的小分子抑制劑。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，研究解析了害蟲(chóng)的“外部防御”和“解毒”機(jī)制，并找到了能直接用于合成綠色農(nóng)藥的有效成分，為新的生物“靶向農(nóng)藥”研發(fā)奠定了理論基礎(chǔ)。研究成果于12月25日凌晨發(fā)表于《細(xì)胞（Cell）》雜志。
在漫長(zhǎng)的農(nóng)業(yè)發(fā)展進(jìn)程中，農(nóng)作物病蟲(chóng)害對(duì)糧食安全構(gòu)成的嚴(yán)重威脅，始終是人類(lèi)必須面對(duì)的重大問(wèn)題。據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織估算，全世界每年因農(nóng)作物病蟲(chóng)害造成的產(chǎn)量損失高達(dá)40%，經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)2200億美元?！跋x(chóng)口奪糧”是擺在人們面前的一道難題。
人類(lèi)與害蟲(chóng)的斗爭(zhēng)是一段不斷變化的歷史，人類(lèi)不斷尋找和開(kāi)發(fā)出應(yīng)對(duì)害蟲(chóng)的“新武器”。楊青介紹，在過(guò)去，人們嘗試過(guò)噴灑農(nóng)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(guò)高等因素，導(dǎo)致防治效果并不理想。而且，過(guò)去常用的廣譜殺蟲(chóng)劑，還有環(huán)境污染、殺死有益生物等副作用。
人們逐漸意識(shí)到，相比“萬(wàn)能”農(nóng)藥，更需要一種對(duì)害蟲(chóng)更“專(zhuān)一”的農(nóng)藥。于是，靶向農(nóng)藥應(yīng)運(yùn)而生，所謂靶向，就是以害蟲(chóng)為靶，針對(duì)害蟲(chóng)獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征而量身打造的一種農(nóng)藥，因其專(zhuān)一性強(qiáng)、安全高效、無(wú)污染，又被稱(chēng)為綠色農(nóng)藥。
而創(chuàng)制靶向農(nóng)藥的關(guān)鍵，在于找到合適的農(nóng)藥分子靶標(biāo)。所謂農(nóng)藥分子靶標(biāo)，是指農(nóng)藥在分子水平上作用的特定生物分子或蛋白質(zhì)，它們能夠直接影響害蟲(chóng)的生命活動(dòng)。
在這項(xiàng)研究中，楊青團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一類(lèi)特殊的蛋白質(zhì)——ABCH轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，研究發(fā)現(xiàn)，這類(lèi)蛋白負(fù)責(zé)將脂質(zhì)運(yùn)輸?shù)嚼ハx(chóng)表皮，參與昆蟲(chóng)表皮脂質(zhì)屏障的構(gòu)建，并與抗藥性直接相關(guān)。楊青介紹，“ABCH轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白是昆蟲(chóng)將體內(nèi)的脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)到表皮的工具。沒(méi)有ABCH，昆蟲(chóng)就會(huì)死亡。如果能夠抑制這一機(jī)制，那么就能夠精準(zhǔn)殺死害蟲(chóng)。”
而要抑制，首先要破解其運(yùn)作的機(jī)制，在研究中，團(tuán)隊(duì)科研人員發(fā)現(xiàn)，ABCH轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白優(yōu)先轉(zhuǎn)運(yùn)昆蟲(chóng)表皮中的重要脂質(zhì)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(xì)胞膜中的神經(jīng)酰胺，讓它結(jié)合在一個(gè)狹窄、細(xì)長(zhǎng)的“拱形”通道中，在ATP水解提供的驅(qū)動(dòng)力下，形成一種“擠壓泵”，將神經(jīng)酰胺分子轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞外。
與此同時(shí)，他們還發(fā)現(xiàn)，ABCH除了具有轉(zhuǎn)運(yùn)脂質(zhì)方面的生理功能外，還具有外排殺蟲(chóng)劑的功能，因而與害蟲(chóng)的耐藥性產(chǎn)生相關(guān)。楊青介紹，ABCH每次招募兩個(gè)殺蟲(chóng)劑“苯氧威”分子，進(jìn)入“拱形”轉(zhuǎn)運(yùn)通道，在ATP存在下，將具有細(xì)胞毒性的“苯氧威”分子排出細(xì)胞外。從而實(shí)現(xiàn)“解毒”的功能。
值得注意的是，迄今為止，ABCH亞家族轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白只特異性地存在于昆蟲(chóng)和其他節(jié)肢動(dòng)物以及斑馬魚(yú)中，而在人類(lèi)、其他哺乳動(dòng)物和植物中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)。中國(guó)工程院院士錢(qián)旭紅表示，該發(fā)現(xiàn)，使ABCH成為了防治害蟲(chóng)的理想分子靶標(biāo)。
當(dāng)昆蟲(chóng)“防御”“解毒”的機(jī)制被發(fā)現(xiàn)，如何針對(duì)這一機(jī)制研發(fā)靶向農(nóng)藥呢？通過(guò)篩選，楊青和團(tuán)隊(duì)科學(xué)家們，找到了一個(gè)可以抑制ABCH轉(zhuǎn)運(yùn)功能的小分子，它叫作LMNG。這個(gè)小分子，可以完美地將轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白“卡”在底物結(jié)合構(gòu)象中，不能結(jié)合ATP完成農(nóng)藥分子的外排功能。
楊青團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)LMNG可以通過(guò)“雙重鎖”機(jī)制同時(shí)阻斷ABCH的轉(zhuǎn)運(yùn)通道與ATP水解。這一新的抑制機(jī)理的發(fā)掘?yàn)榛贚MNG骨架設(shè)計(jì)靶向ABCH的高效殺蟲(chóng)劑提供了強(qiáng)有力的支撐。
中國(guó)工程院院士宋寶安表示，“發(fā)現(xiàn)了這一機(jī)制，無(wú)疑是昆蟲(chóng)抗藥性機(jī)制研究領(lǐng)域中，一項(xiàng)具有深遠(yuǎn)意義的重大科學(xué)進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)同時(shí)開(kāi)發(fā)的ABCH轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的特異性抑制劑，為解決抗藥性問(wèn)題提供了全新的思路與有效手段，有望引領(lǐng)農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)防控領(lǐng)域的技術(shù)革新潮流，開(kāi)啟害蟲(chóng)抗性治理的嶄新篇章?！?/p>
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