9月21日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所、農(nóng)業(yè)基因組研究所楊青教授團(tuán)隊(duì)及其合作者在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）發(fā)表了一項(xiàng)歷時(shí)十五年完成的研究成果。該研究解析了大豆疫霉菌幾丁質(zhì)合成酶的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，首次揭示了幾丁質(zhì)生物合成的完整過(guò)程。
幾丁質(zhì)俗稱甲殼素，廣泛存在于真菌、節(jié)肢動(dòng)物、軟體動(dòng)物、環(huán)節(jié)動(dòng)物、腔腸動(dòng)物和原生動(dòng)物等不同種類的生物中，是地球上含量最豐富的氨基聚糖。幾丁質(zhì)的生物合成也是最古老的生物合成途徑之一，對(duì)大量生物的生存和繁殖至關(guān)重要，這些生物也包括許多嚴(yán)重危害農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的害蟲、病原真菌和卵菌等。幾丁質(zhì)不存在于植物和哺乳動(dòng)物中，因此幾丁質(zhì)合成酶是高效、安全、生態(tài)友好的農(nóng)藥創(chuàng)制的重要靶標(biāo)之一。同時(shí)，幾丁質(zhì)在昆蟲和真菌中均為不可或缺的結(jié)構(gòu)成分，所以幾丁質(zhì)合成酶既是殺菌劑的靶標(biāo)，又是殺蟲劑的靶標(biāo)。
然而，在過(guò)去的50年中，靶向幾丁質(zhì)合成酶綠色農(nóng)藥的研制始終進(jìn)展緩慢。其中一個(gè)重要原因是缺乏準(zhǔn)確的幾丁質(zhì)合成酶的三維結(jié)構(gòu)信息，幾丁質(zhì)合成酶的結(jié)構(gòu)-功能關(guān)系不明確，嚴(yán)重阻礙了針對(duì)該酶設(shè)計(jì)新的農(nóng)藥品種。
PsChs1的三維結(jié)構(gòu)
在這一研究中，楊青教授團(tuán)隊(duì)選取了大豆疫霉菌(Phytophthora sojae)的幾丁質(zhì)合成酶PsChs1為研究對(duì)象，通過(guò)前沿生物學(xué)技術(shù)包括冷凍電鏡、掃描電鏡、X射線衍射等，解析了5個(gè)不同催化反應(yīng)狀態(tài)PsChs1的三維結(jié)構(gòu)，揭示了幾丁質(zhì)合成酶實(shí)現(xiàn)幾丁質(zhì)生物合成的三個(gè)重要過(guò)程：酶與底物結(jié)合、新生成的幾丁質(zhì)鏈延伸、產(chǎn)物釋放，并闡明了活性小分子尼克霉素能夠抑制幾丁質(zhì)生物合成的機(jī)制。
幾丁質(zhì)生物合成的機(jī)制
該論文是全球農(nóng)藥領(lǐng)域近年來(lái)最重要的基礎(chǔ)研究進(jìn)展之一，這一研究為靶向幾丁質(zhì)合成的綠色農(nóng)藥開發(fā)提供了基礎(chǔ)性、關(guān)鍵性信息，使得以幾丁質(zhì)合成酶為分子靶標(biāo)精準(zhǔn)開發(fā)新型綠色農(nóng)藥成為科學(xué)可行的方案，具有重要的理論和應(yīng)用價(jià)值。
PsChs1與尼克霉素的復(fù)合物
中國(guó)工程院院士、貴州大學(xué)校長(zhǎng)宋寶安表示，對(duì)于綠色農(nóng)藥分子靶標(biāo)的開發(fā)和利用已經(jīng)成為國(guó)家的重大需求，一個(gè)新的靶標(biāo)不僅可以催生出幾十甚至上百種農(nóng)藥品種，也能極大緩解已有農(nóng)藥品種的抗藥性問(wèn)題。該研究有助于創(chuàng)制出重量級(jí)的綠色農(nóng)藥品種，提升我國(guó)農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力和對(duì)農(nóng)業(yè)有害生物的防控能力，保障我國(guó)糧食安全。
