9月21日，中國農(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)和中國科學(xué)院高能物理研究所龔勇研究員在國際知名學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）以研究長文的形式，在線發(fā)表了歷時(shí)15年完成的一項(xiàng)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)生物合成的完整過程，包括三個(gè)步驟：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)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。
PsChs1的三維結(jié)構(gòu)
農(nóng)藥毒性和病蟲害產(chǎn)生的抗藥性使農(nóng)藥使用面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。長期使用針對(duì)單一靶標(biāo)的農(nóng)藥很容易使病蟲害產(chǎn)生高的抗藥性，最終導(dǎo)致農(nóng)藥無法控制病蟲害種群而出現(xiàn)病蟲害爆發(fā)頻發(fā)的災(zāi)害，這也是全球農(nóng)業(yè)病蟲害防控所面臨的重大問題。
幾丁質(zhì)是由N-乙酰氨基葡萄糖構(gòu)成的天然生物高分子，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，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)。
從上世紀(jì)七十年代起，人們就陸續(xù)開發(fā)了能抑制幾丁質(zhì)合成的活性小分子化合物。過去50多年中，試圖研發(fā)出更多種類和更加高效的靶向幾丁質(zhì)合成酶的綠色農(nóng)藥，但始終進(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。而楊青團(tuán)隊(duì)的研究第一次從原子水平上展示了一個(gè)有方向性的、多步驟偶聯(lián)的幾丁質(zhì)生物合成過程。
該團(tuán)隊(duì)還探明了幾丁質(zhì)合成酶與活性小分子尼克霉素結(jié)合的模式，解釋了尼克霉素抑制幾丁質(zhì)生物合成的機(jī)制。這一工作為人畜安全的綠色農(nóng)藥創(chuàng)制提供了關(guān)鍵的分子靶標(biāo)結(jié)構(gòu)信息，為控制病蟲害對(duì)現(xiàn)有農(nóng)藥的抗藥性提供了全新解決方案，為農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)的變革和綠色發(fā)展開辟了新方向。該論文是全球農(nóng)藥領(lǐng)域近年來最重要的基礎(chǔ)研究進(jìn)展之一。這一原創(chuàng)性工作為靶向幾丁質(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，具有重要的理論和應(yīng)用價(jià)值。
《Nature》期刊論文匿名評(píng)審專家認(rèn)為“盡管幾丁質(zhì)存在于各種不同的生命形式中，幾丁質(zhì)生物合成機(jī)制在進(jìn)化上是保守的。這個(gè)工作是創(chuàng)新的，無疑具有廣泛的影響力”。
