北京时间12月25日，《细胞（Cell）》发表中国农业科学院深圳农业基因组研究所农业昆虫基因组学创新团队的最新研究成果。研究首次揭示了ABCH转运蛋白运输脂质和外排农药的完整过程，为开发安全、低抗性的绿色农药奠定了重要基础。

病虫害对全球粮食安全、贸易和生计都构成严重威胁。据联合国粮食及农业组织估算，全世界每年因农作物病虫害造成的产量损失高达40%，经济损失超过2200亿美元。农药为保护作物、减少经济损失作出了重要贡献。高效、生态友好、低抗性的绿色农药更是农药产业发展的必然趋势。

创制绿色农药的关键，在于找到人畜安全的绿色农药分子靶标。该研究在昆虫体内发现了一类特殊的蛋白质——ABCH转运蛋白。这类蛋白负责将脂质运输到昆虫表皮，从而防止昆虫脱水并抵御病原微生物的入侵。ABCH存在于所有昆虫中，但不存在于人类、脊椎动物和植物中，因此是一个待开发的、理想的农药分子靶标。该研究首次报道了ABCH转运蛋白的冷冻电镜结构，揭示了ABCH转运蛋白与昆虫几丁质表皮主要脂质成分“神经酰胺”和外源性底物杀虫剂“苯氧威”互作的分子机制。研究发现，ABCH通过招募神经酰胺分子和农药分子，使其结合在一个狭窄、细长的“拱形”通道中，在ATP水解提供的驱动力下，形成一种“挤压泵”，将其排出细胞外，从而帮助昆虫解毒和构建表皮脂质屏障。更具挑战的是，该研究团队还发现了ABCH转运蛋白的抑制剂分子。这个“X”型的分子完美地将ABCH“卡”在底物结合的状态中，阻止了ABCH外排农药的功能，为解决抗药性问题提供了全新的思路。

中国工程院院士钱旭红认为，“绿色农药创新研究和原创性靶标的发现”是当今植物保护行业和农药产业可持续和高质量发展进程的必然趋势，是研究中必须攀登和抢占的制高点。该项研究首次揭示了昆虫ABCH转运蛋白转运生理底物脂质以及外源杀虫剂底物的分子机制，将极大地推动并提升农药分子靶标导向的ABCH转运蛋白的研究开发和应用。

中国工程院院士宋宝安认为，害虫对杀虫剂日益严峻的抗性状况已经成为全球农业害虫防控所面临的棘手问题，严重威胁着全球粮食供应的稳定与安全。该研究深入解析了昆虫的抗药性机制，无疑对有效治理抗性问题具备理论和实践指导意义。

中国科学院院士康乐认为，脂质分子在细胞内合成之后是如何进入到表皮层的？昆虫又是如何实现外源物质的外排的？这些机制都是昆虫学中的未解之谜。该研究解开了这些科学问题并筛选获得了能抑制ABCH转运蛋白的小分子，为开发新机制分子靶标、有效解决抗药性问题开辟了全新的思路，对推动我国农业健康可持续发展具有重大战略意义。

该研究得到了科技部、国家自然科学基金委员会、深圳市及大鹏新区的支持。（通讯员 马昕怡）

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.11.033

害虫外排农药和脂质全过程