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我国科学家破译几丁质生物合成机制

来源: 中国日报网
2022-09-22 17:46 
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中国日报9月22日电(记者 赵伊梦)9月21日,中国农业科学院植物保护研究所/农业基因组研究所杨青教授团队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的冷冻电镜结构,首次揭示了几丁质生物合成的完整过程,包括三个步骤:酶与底物结合、新生成的几丁质链延伸、产物释放,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。

农药使用每年为国家减少约1000亿元直接经济损失,但农药毒性和病虫害产生的抗药性使农药使用面临严峻挑战。加速研发安全、新作用机制的农药是有效解决途径,其技术核心在于农药分子靶标,即病虫害体内与农药分子结合从而使农药分子发挥药效的生物大分子。

几丁质是由N-乙酰氨基葡萄糖构成的天然生物高分子,其生物合成对大量生物的生存和繁殖至关重要,这些生物也包括许多严重危害农业生产的害虫、病原真菌和卵菌等。几丁质不存在于植物和哺乳动物中,因此几丁质合成酶是高效、安全、生态友好的农药创制的重要靶标之一。

杨青教授团队长期致力于几丁质生物学研究,在几丁质合成、水解和修饰方面具有丰厚的积累。本项成果选取了大豆疫霉菌(Phytophthora sojae)的几丁质合成酶PsChs1为研究对象。大豆疫霉是引起大豆根茎腐烂的主要病原体,每年造成超过10亿美元的经济损失。基因敲除PsChs1会损害菌丝体生长、孢子囊产生和游动孢子释放,从而极大降低大豆疫霉的毒力。因此,PsChs1不仅可以作为良好的杀菌剂靶标,也可以作为几丁质合成酶研究的一个模型。

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。

这一工作为人畜安全的绿色农药创制提供了关键的分子靶标结构信息,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。该论文是全球农药领域近年来最重要的基础研究进展之一。这一原创性工作为靶向几丁质合成的绿色农药开发提供了基础性、关键性信息,使得以几丁质合成酶为分子靶标精准开发新型绿色农药成为科学可行的方案,具有重要的理论和应用价值。

《Nature》期刊论文匿名评审专家认为"尽管几丁质存在于各种不同的生命形式中,几丁质生物合成机制在进化上是保守的。这个工作是创新的,无疑具有广泛的影响力"。

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,为人类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。

据悉,中国农业科学院植物保护研究所为论文的第一完成单位,植保所陈威副研究员、北京工业大学曹鹏教授和大连理工大学刘元盛博士为本文共同第一作者,植保所杨青教授和中国科学院高能物理所龚勇研究员为共同通讯作者。中国农业科学院深圳基因组研究所于爱玲博士后、陈磊博士后,大连理工大学王栋博士,天津大学尉迟之光教授、Rajamanikandan Sundarraj博士后,以及德国锡根大学Hans Merzendorfer教授也参与了本文的研究。

【责任编辑:严玉洁】
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