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南方农村报

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中国农业科学院深圳农业基因组研究所团队破译昆虫表皮“排毒保湿”机制

绿色农药研发有了新靶标

来源:南方农村报时间:2025年01月07日版次:03

  杨青教授团队正为实现精准狙击害虫而努力。

  “瞄准,射击!”随着一声令下,目标被精准摧毁。假如目标是农业害虫,能否精准狙击呢?
  多年来,中国农业科学院深圳农业基因组研究所(下称“基因组所”)杨青教授团队,为实现精准狙击害虫而不断努力。“我们想找到人畜没有,而病虫害特有的生物学机制,开发对人畜安全且具成药性的分子靶标。并用这些靶标分子,创制‘绿色农药’。”杨青分享了团队的工作思路。
  针对这一思路,杨青团队发现了一类特殊的蛋白质——ABCH转运蛋白,破解了ABCH转运蛋白转运脂质和外排农药的分子机制,并获得了能够抑制转运功能的小分子抑制剂。通过解析害虫的“外部防御”和“解毒”机制,为新的生物“靶向农药”研发奠定了基础。国际顶级期刊《细胞(Cell)》在线发表了团队的最新研究成果。
研制绿色农药是农药产业发展趋势
  农业生产与害虫的斗争是一场旷日持久、没有硝烟的“战争”。
  “我国植物保护形势也依然严峻,全球最具威胁的100种外来物种,我国有82种,病虫害发生面积大于65亿亩。”杨青介绍,农药为保护作物、减少经济损失做出了重要贡献,但害虫易对普通的农药产生抗药性,导致防治效果大打折扣。
  以害虫为靶,针对害虫独特的结构特征而量身打造的靶向农药应运而生。这种专一性强、安全高效、无污染的农药,被称为精准打击病虫害的绿色农药。
  此前,杨青团队发现几丁质去乙酰基酶能够帮助病原菌侵染植物,经过不断试验研究,揭示了几丁质生物合成、降解、修饰与装配的生物学过程,开发出靶向真菌几丁质修饰抑制剂KT-B,并成功实现成果转化,转化金额5000万元,开启了靶向几丁质生物学过程农药市场化之路,首次实现了我国农药领域从理论到实践的完整闭环。
找到打开昆虫坚固表皮大门的“钥匙”
  表皮是昆虫自我保护的第一道屏障,也是让昆虫适应各类严苛自然环境的重要“保护罩”。
  能不能从昆虫表皮上做文章,瓦解这层坚固屏障呢?
  “我们发现了ABCH转运蛋白,这类蛋白负责将脂质运输到昆虫表皮,防止昆虫脱水并抵御病原微生物的入侵,也就是帮助昆虫‘保湿排毒’。没有ABCH,昆虫就会死亡。”杨青介绍,ABCH转运蛋白参与昆虫表皮脂质屏障的构建,并与抗药性直接相关,找到了这个蛋白,就等于拿到了打开昆虫坚固表皮大门的“钥匙”。
  更令他们惊喜的是,ABCH只存在于昆虫和其他节肢动物中,不存在于人类、脊椎动物和植物中。这意味着,可以此为靶标开发出安全性高的农药。
  更具挑战的是,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,为解决害虫抗药性问题提供了全新的思路。
新靶标奠定新的绿色农药研发基础
  “‘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。”中国工程院院士钱旭红肯定了杨青团队的研究成果。
  他表示,这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。
  创制绿色农药的关键,正在于找到人畜安全的绿色农药分子靶标。此次筛选获得的ABCH转运蛋白抑制剂分子,奠定了新的绿色农药研发基础。
  该项研究为理解昆虫抗药性机制提供了新视角,将有力推动抗药性问题的解决和害虫绿色防控新产品研发进程,为实现安全、绿色、可持续的农业生产模式提供强有力的支撑。
  从筛选获得抑制剂分子到转化成新的生物农药,还有很长的路要走。
  据介绍,基因组所布局了昆虫基因组计划和绿盾计划,与中国农科院植保所等兄弟单位构建了“有害生物组学+新分子靶标发现+绿色防控技术研发+产品集成推广”的全链条有害生物绿色防控体系,在基础理论研究和重大成果转化方面均取得了突破性进展。         □刘涵
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