北京時間12月25日，《細(xì)胞（Cell）》發(fā)表中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所楊青教授團隊的最新研究成果。研究首次揭示了ABCH轉(zhuǎn)運蛋白運輸脂質(zhì)和外排農(nóng)藥的完整過程，為開發(fā)安全、低抗性的綠色農(nóng)藥奠定了重要基礎(chǔ)。
病蟲害對全球糧食安全、貿(mào)易和生計都構(gòu)成嚴(yán)重威脅。據(jù)聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織估算，全世界每年因農(nóng)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。農(nóng)藥為保護作物、減少經(jīng)濟損失作出了重要貢獻。高效、生態(tài)友好、低抗性的綠色農(nóng)藥更是農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。
創(chuàng)製綠色農(nóng)藥的關(guān)鍵，在於找到人畜安全的綠色農(nóng)藥分子靶標(biāo)。該研究在昆蟲體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了一類特殊的蛋白質(zhì)——ABCH轉(zhuǎn)運蛋白。這類蛋白負(fù)責(zé)將脂質(zhì)運輸?shù)嚼ハx表皮，從而防止昆蟲脫水並抵禦病原微生物的入侵。 ABCH存在於所有昆蟲中，但不存在於人類、脊椎動物和植物中，因此是一個待開發(fā)的、理想的農(nóng)藥分子靶標(biāo)。該研究首次報道了ABCH轉(zhuǎn)運蛋白的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，揭示了ABCH轉(zhuǎn)運蛋白與昆蟲幾丁質(zhì)表皮主要脂質(zhì)成分「神經(jīng)酰胺」和外源性底物殺蟲劑「苯氧威」互作的分子機制。研究發(fā)現(xiàn)，ABCH通過招募神經(jīng)酰胺分子和農(nóng)藥分子，使其結(jié)合在一個狹窄、細(xì)長的「拱形」通道中，在ATP水解提供的驅(qū)動力下，形成一種「擠壓泵」，將其排出細(xì)胞外，從而幫助昆蟲解毒和構(gòu)建表皮脂質(zhì)屏障。更具挑戰(zhàn)的是，該研究團隊還發(fā)現(xiàn)了ABCH轉(zhuǎn)運蛋白的抑制劑分子。這個「X」型的分子完美地將ABCH「卡」在底物結(jié)合的狀態(tài)中，阻止了ABCH外排農(nóng)藥的功能，為解決抗藥性問題提供了全新的思路。
中國工程院院士錢旭紅認(rèn)為，「綠色農(nóng)藥創(chuàng)新研究和原創(chuàng)性靶標(biāo)的發(fā)現(xiàn)」是當(dāng)今植物保護行業(yè)和農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)可持續(xù)和高質(zhì)量發(fā)展進程的必然趨勢，是研究中必須攀登和搶佔的制高點。該項研究首次揭示了昆蟲ABCH轉(zhuǎn)運蛋白轉(zhuǎn)運生理底物脂質(zhì)以及外源殺蟲劑底物的分子機制，將極大地推動並提升農(nóng)藥分子靶標(biāo)導(dǎo)向的ABCH轉(zhuǎn)運蛋白的研究開發(fā)和應(yīng)用。
中國工程院院士宋寶安認(rèn)為，害蟲對殺蟲劑日益嚴(yán)峻的抗性狀況已經(jīng)成為全球農(nóng)業(yè)害蟲防控所面臨的棘手問題，嚴(yán)重威脅著全球糧食供應(yīng)的穩(wěn)定與安全。該研究深入解析了昆蟲的抗藥性機制，無疑對有效治理抗性問題具備理論和實踐指導(dǎo)意義。
中國科學(xué)院院士康樂認(rèn)為，脂質(zhì)分子在細(xì)胞內(nèi)合成之後是如何進入到表皮層的？昆蟲又是如何實現(xiàn)外源物質(zhì)的外排的？這些機制都是昆蟲學(xué)中的未解之謎。該研究解開了這些科學(xué)問題並篩選獲得了能抑制ABCH轉(zhuǎn)運蛋白的小分子，為開發(fā)新機制分子靶標(biāo)、有效解決抗藥性問題開闢了全新的思路，對推動我國農(nóng)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展具有重大戰(zhàn)略意義。
該研究得到了科技部、國家自然科學(xué)基金委員會、深圳市、大鵬新區(qū)的支持。（記者 羅國淮）
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