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我国科学家破译几丁质生物合成机制,提速绿色农药原始创货币

9月21日,中国农业科学院植物保护研究所/农业基因组研究所杨青教授团队(tuandui)(dui)和中国科学院高能物理研究所龚勇研究员在国际知名学术期刊《自然》(Nature)以研究长文的(de)形式,在线发表了历时15年完成的(de)一项研究成果。该研究解析了大豆疫霉菌几丁质合成酶的(de)冷冻电镜结构,首次揭示了几丁质生物合成的(de)完整过程,包括三个步骤:酶与底物结合、新生成的(de)几丁质链延伸、产物释放,并阐明了活性小分子尼克霉素能够抑制几丁质生物合成的(de)机制。

几丁质俗称甲壳素,广泛存在于真菌、节肢动物、软体动物、环节动物、腔肠动物和原生动物等不同种类的(de)生物中,是(shi)地球上含量最丰富的(de)氨基聚糖。几丁质的(de)生物合成也是(shi)最古老的(de)生物合成途径之一。

农药毒性和病虫害产生的(de)抗药性使农药使用面临严峻挑战。长期使用针对(dui)单一靶标的(de)农药很容易使病虫害产生高的(de)抗药性,最终导致农药无法控制病虫害种群而出现病虫害爆发频(pin)发的(de)灾害,这也是(shi)全球农业病虫害防控所面临的(de)重大问题。

几丁质是(shi)由N-乙酰氨基葡萄糖构成的(de)天然生物高分子,几丁质合成酶是(shi)高效、安全、生态友好(hao)的(de)农药创制的(de)重要靶标之一。同时,几丁质在昆虫和真菌中均为不可或缺的(de)结构成分,几丁质合成酶既是(shi)杀菌剂的(de)靶标,又是(shi)杀虫剂的(de)靶标。

从上世纪七十年代起,人(ren)们(men)就陆续开发了能抑制几丁质合成的(de)活性小分子化合物。过去50多年中,试图研发出更多种类和更加高效的(de)靶向几丁质合成酶的(de)绿色农药,但始终进展缓慢。其中一个重要原因是(shi)缺乏准确的(de)几丁质合成酶的(de)三维结构信息。而杨青团队(tuandui)(dui)的(de)研究第一次从原子水平上展示(zhanshi)了一个有方向性的(de)、多步骤偶联的(de)几丁质生物合成过程。 

该团队(tuandui)(dui)还探明了几丁质合成酶与活性小分子尼克霉素结合的(de)模式,解释了尼克霉素抑制几丁质生物合成的(de)机制。这一工作为人(ren)畜安全的(de)绿色农药创制提供了关键的(de)分子靶标结构信息,为控制病虫害对(dui)现有农药的(de)抗药性提供了全新解决方案,为农药产业的(de)变革和绿色发展开辟了新方向。该论文是(shi)全球农药领域近年来最重要的(de)基础研究进展之一。这一原创性工作为靶向几丁质合成的(de)绿色农药开发提供了基础性、关键性信息,具有重要的(de)理论和应用价值。

《Nature》期刊论文匿名评审专家认为“尽管几丁质存在于各种不同的(de)生命形式中,几丁质生物合成机制在进化上是(shi)保守的(de)。这个工作是(shi)创新的(de),无疑具有广泛的(de)影响力”。(经济日报记者 常理) 

我国科学家破译几丁质生物合成机制,提速绿色农药原始创新

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