病蟲害對全球糧食安全、貿易和生計都構成嚴重威脅。據聯(lián)合國糧食及農業(yè)組織估算，全世界每年因農作物病蟲害造成的產量損失高達40%，經濟損失超過2200億美元。農藥為保護作物、減少經濟損失作出了重要貢獻。高效、生態(tài)友好、低抗性的綠色農藥更是農藥產業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

創(chuàng)制綠色農藥的關鍵，在于找到人畜安全的綠色農藥分子靶標。該研究在昆蟲體內發(fā)現(xiàn)了一類特殊的蛋白質——ABCH轉運蛋白。這類蛋白負責將脂質運輸?shù)嚼ハx表皮，從而防止昆蟲脫水并抵御病原微生物的入侵。ABCH存在于所有昆蟲中，但不存在于人類、脊椎動物和植物中，因此是一個待開發(fā)的、理想的農藥分子靶標。該研究首次報道了ABCH轉運蛋白的冷凍電鏡結構，揭示了ABCH轉運蛋白與昆蟲幾丁質表皮主要脂質成分“神經酰胺”和外源性底物殺蟲劑“苯氧威”互作的分子機制。研究發(fā)現(xiàn)，ABCH通過招募神經酰胺分子和農藥分子，使其結合在一個狹窄、細長的“拱形”通道中，在ATP水解提供的驅動力下，形成一種“擠壓泵”，將其排出細胞外，從而幫助昆蟲解毒和構建表皮脂質屏障。更具挑戰(zhàn)的是，該研究團隊還發(fā)現(xiàn)了ABCH轉運蛋白的抑制劑分子。這個“X”形的分子完美地將ABCH“卡”在底物結合的狀態(tài)中，阻止了ABCH外排農藥的功能，為解決抗藥性問題提供了全新的思路。

害蟲外排農藥和脂質全過程

中國工程院院士錢旭紅認為，“綠色農藥創(chuàng)新研究和原創(chuàng)性靶標的發(fā)現(xiàn)”是當今植物保護行業(yè)和農藥產業(yè)可持續(xù)和高質量發(fā)展進程的必然趨勢，是研究中必須攀登和搶占的制高點。該項研究首次揭示了昆蟲ABCH轉運蛋白轉運生理底物脂質以及外源殺蟲劑底物的分子機制，將極大地推動并提升農藥分子靶標導向的ABCH轉運蛋白的研究開發(fā)和應用。

中國工程院院士宋寶安認為，害蟲對殺蟲劑日益嚴峻的抗性狀況已經成為全球農業(yè)害蟲防控所面臨的棘手問題，嚴重威脅著全球糧食供應的穩(wěn)定與安全。該研究深入解析了昆蟲的抗藥性機制，無疑對有效治理抗性問題具備理論和實踐指導意義。

中國科學院院士康樂認為，脂質分子在細胞內合成之后是如何進入到表皮層的？昆蟲又是如何實現(xiàn)外源物質的外排的？這些機制都是昆蟲學中的未解之謎。該研究解開了這些科學問題并篩選獲得了能抑制ABCH轉運蛋白的小分子，為開發(fā)新機制分子靶標、有效解決抗藥性問題開辟了全新的思路，對推動我國農業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展具有重大戰(zhàn)略意義。

該研究得到了科技部、國家自然科學基金委員會、深圳市及大鵬新區(qū)的支持。

責任編輯：高吉 單榕