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[央广网] 历时15年,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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  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及其合作者在国际学术期刊《自然》(Nature)发表了一项历时十五年完成的研究成果。该研究解析了大豆疫霉菌几丁质合成酶的冷冻电镜结构,首次揭示了几丁质生物合成的完整过程。

  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生物中,是地球上含量最丰富的氨基聚糖。几丁质的生物合成也是最古老的生物合成途径之一,对大量生物的生存和繁殖至关重要,这些生物也包括许多严重危害农业生产的害虫、病原真菌和卵菌等。几丁质不存在于植物和哺乳动物中,因此几丁质合成酶是高效、安全、生态友好的农药创制的重要靶标之一。同时,几丁质在昆虫和真菌中均为不可或缺的结构成分,所以几丁质合成酶既是杀菌剂的靶标,又是杀虫剂的靶标。

  然而,在过去的50年中,靶向几丁质合成酶绿色农药的研制始终进展缓慢。其中一个重要原因是缺乏准确的几丁质合成酶的三维结构信息,几丁质合成酶的结构-功能关系不明确,严重阻碍了针对该酶设计新的农药品种。

 

  PsChs1的三维结构

 

  在这一研究中,杨青教授团队选取了大豆疫霉菌(Phytophthora sojae)的几丁质合成酶PsChs1为研究对象,通过前沿生物学技术包括冷冻电镜、扫描电镜、X射线衍射等,解析了5个不同催化反应状态PsChs1的三维结构,揭示了几丁质合成酶实现几丁质生物合成的三个重要过程:酶与底物结合、新生成的几丁质链延伸、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机制。

 

  几丁质生物合成的机制

 

  该论文是全球农药领域近年来最重要的基础研究进展之一,这一研究为靶向几丁质合成的绿色农药开发提供了基础性、关键性信息,使得以几丁质合成酶为分子靶标精准开发新型绿色农药成为科学可行的方案,具有重要的理论和应用价值。

 

  PsChs1与尼克霉素的复合物

 

  中国工程院院士、贵州大学校长宋宝安表示,对于绿色农药分子靶标的开发和利用已经成为国家的重大需求,一个新的靶标不仅可以催生出几十甚至上百种农药品种,也能极大缓解已有农药品种的抗药性问题。该研究有助于创制出重量级的绿色农药品种,提升我国农药产业的核心竞争力和对农业有害生物的防控能力,保障我国粮食安全。

(单位:中国农业科学院植物保护研究所 )
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