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[新华网] 中国农科院专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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  近日,中国农业科学院植物保护研究所(以下简称 植物保护研究所)/农业基因组研究所杨青团队及其合作者在国际知名学术期刊《自然》(Nature)以研究长文的形式在线发表了历时十五年完成的一项研究成果。该研究解析了大豆疫霉菌几丁质合成酶(PsChs1)的冷冻电镜结构,首次揭示了几丁质生物合成的完整过程,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。

  杨青团队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4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。

 

  大豆疫霉几丁质合成酶PsChs1的三维结构

  

  几丁质生物合成的机制

 

  该团队还探明了几丁质合成酶与活性小分子尼克霉素结合的模式,解释了尼克霉素抑制几丁质生物合成的机制。这一工作为控制病虫害对现有农药的抗药性提供了全新解决方案,为农药产业的变革和绿色发展开辟了新方向。

 

  大豆疫霉几丁质合成酶PsChs1与尼克霉素的复合物

 

  中国科学院院士、河北大学校长康乐指出,几丁质的生物合成是一个极为古老且保守的途径,卵菌可能是可以合成几丁质的最低等生物。几丁质的生物合成对昆虫和节肢动物外胚层形成的外骨骼、气管、消化道等的成形和发育至关重要。

  中国工程院院士、贵州大学校长宋宝安指出,该研究阐明了几丁质生物合成的机制和抑制剂的作用机制,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。

  中国工程院院士、华东师范大学校长钱旭红指出,该研究突破了几丁质农药领域一个近50年的发展瓶颈,通过在原子尺度上对几丁质合成酶与底物、产物和抑制剂的结合模式的分析,为数十年以来未能实现的生态环境友好农药的梦想提供了实现的舞台。

  该研究得到国家自然科学基金重点项目、国际(地区)合作与交流项目、中国农业科学院农业科技创新工程、深圳市科技计划项目及深圳市大鹏新区科技创新与产业发展专项资金等项目的资助。

  植物保护研究所为论文的第一完成单位,植物保护研究所副研究员陈威、北京工业大学教授曹鹏和大连理工大学刘元盛为本文共同第一作者,植物保护研究所杨青和中国科学院高能物理所研究员龚勇为共同通讯作者。中国农业科学院深圳基因组研究所于爱玲、陈磊,大连理工大学王栋,天津大学教授尉迟之光等也参与了本文的研究。

(单位:中国农业科学院植物保护研究所 )
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