筛选“靶心”，精准狙击害虫！农药靶标学领域迎来重大突破

“瞄准，学领射击！域迎”随着一声令下，突破目标被精准摧毁。靶心假如目标是筛选农业害虫，能否精准狙击呢？

(瞄准害虫“靶心”，精准狙击绿色农药新突破！害虫时长共1分39秒)

多年来，农药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，靶标正不断为实现精准狙击害虫的目标而努力。“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，针对这些靶标分子，创制‘绿色农药’。”杨青分享了团队的工作思路。

针对这一思路，杨青团队又发现了一类特殊的蛋白质——ABCH转运蛋白，并破解了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。国际顶级期刊《细胞（Cell）》在线发表了团队的最新研究成果，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，农药产业迎来革新曙光。

《细胞（Cell）》在线发表了杨青团队最新研究成果。

寻找“精准打击”武器

打响“虫口夺粮”保卫战

农业生产与害虫的斗争是一场旷日持久、没有硝烟的“战争”。

据联合国粮农组织估算，全世界每年因农作物病虫害造成的产量损失高达40%，经济损失超过2200亿美元。在漫长的农业发展进程中，农作物病虫害始终是悬在头顶的达摩克利斯之剑，对粮食安全构成严重威胁。从“虫口夺粮”，确保颗粒归仓，是众多农业科研人员为之不懈奋斗的重要目标。

“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。”杨青介绍道，“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。创制高效、生态友好、低抗性的绿色农药是农药产业发展的必然趋势。”

杨青教授在成果新闻发布会上介绍成果。

以害虫为靶，针对害虫独特的结构特征而量身打造靶向农药应运而生。这种专一性强、安全高效、无污染的农药，是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。

杨青教授团队。（图片来源：基因组所）

破译昆虫坚固表皮

解析“保湿排毒”机制

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”。昆虫表皮中不溶于水的脂质成分，可以防止体内水分蒸发和病原体入侵、减少外源物质和毒素的渗透。

那么能不能从昆虫表皮上做文章，瓦解这层坚固屏障呢？

“这一次我们发现了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。”杨青介绍道，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”。

ABCH转运蛋白工作示意图。（图片来源：基因组所）

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，是一个待开发的、理想的农药分子靶标。

杨青团队以模式害虫赤拟谷盗为主要研究对象，这是一种为害储粮和食品的全球性害虫，且对5类33种农药具有抗药性。

赤拟谷盗俗称“面粉虫”，是一种为害储粮和食品的全球性害虫。（图片来源：基因组所）

“神经酰胺是昆虫几丁质表皮主要脂质成分，我们发现ABCH招募神经酰胺分子和外源性底物杀虫剂苯氧威分子，使其结合在一个狭窄、细长的通道中，在ATP水解提供的驱动力下，形成一种‘挤压泵’，将其排出细胞外，从而帮助昆虫解毒和构建表皮脂质屏障。”杨青表示，团队解析了ABCH转运蛋白的冷冻电镜结构，首次揭示了ABCH转运蛋白运输脂质和农药的完整过程。

ABCH像一个挤压泵把神经酰胺从细胞膜送到表皮中。（图片来源：基因组所）

“在这次研究过程中，我们采用了荧光标记的分子，能够看见并追踪ABCH转运蛋白运送的神经酰胺，这为我们的结论成果提供了直接证据。”杨青说。

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。

团队成员陈金利（左）、段燕伟（右）为本论文共同第一作者。

筛选农药分子靶标

奠定绿色农药研发基础

“‘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，也为ABC转运蛋白介导的杀虫剂抗性机制提供了重要理论支撑，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，还有很长的一段路要走，技术方面、成本方面都还存在很多挑战。”杨青表示，团队之前的工作都是为实现成果转化所做的积累。

杨青教授接受记者采访。

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。

“此次研究成果是昆虫学和农药靶标学领域的重大突破，也是杨青团队继2022年破译几丁质生物合成机制以来在昆虫学和农药靶标学领域的又一重大突破。这一突破离不开中国农科院、深圳市和大鹏新区的支持。”基因组所副所长王桂荣在接受记者采访时表示，杨青团队已经实现了从0到1的突破，下来所里将全力支持做好后期产品的创制和推广工作，将科研成果及时转化落地。

据了解，基因组所成立于2014年，打造了组学技术、合成生物学、植物基因组、动物基因组、生态基因组、食品科学等研究中心和相关技术平台，在包括《自然(Nature)》《科学(Science)》《细胞(Cell)》等顶级期刊在内的杂志上发表论文1500余篇，以基因组设计育种育成国审、省审新品种40余个，农业基因组学等研究领域占据世界前沿。

科技强则农业强，科技兴则农业兴。未来，基因组所将一如既往瞄准前沿研究，致力于高水平农业科技自立自强，打造国际一流的生命科学和生物农业原始创新引擎，以源源不断的新质生产力，为乡村全面振兴注入全“新”动能。

撰文：刘涵

设计：王舒啸

来源：南方农村报