病蟲害對(duì)全球糧食安全、貿(mào)易和生計(jì)都構(gòu)成嚴(yán)重威脅。據(jù)聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織估算，全世界每年因農(nóng)作物病蟲害造成的產(chǎn)量損失高達(dá)40%，經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)2200億美元。農(nóng)藥為保護(hù)作物、減少經(jīng)濟(jì)損失作出了重要貢獻(xiàn)。高效、生態(tài)友好、低抗性的綠色農(nóng)藥更是農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

創(chuàng)制綠色農(nóng)藥的關(guān)鍵，在于找到人畜安全的綠色農(nóng)藥分子靶標(biāo)。該研究在昆蟲體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了一類特殊的蛋白質(zhì)——ABCH轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。這類蛋白負(fù)責(zé)將脂質(zhì)運(yùn)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(dòng)物和植物中，因此是一個(gè)待開發(fā)的、理想的農(nóng)藥分子靶標(biāo)。該研究首次報(bào)道了ABCH轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，揭示了ABCH轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白與昆蟲幾丁質(zhì)表皮主要脂質(zhì)成分“神經(jīng)酰胺”和外源性底物殺蟲劑“苯氧威”互作的分子機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，ABCH通過(guò)招募神經(jīng)酰胺分子和農(nóng)藥分子，使其結(jié)合在一個(gè)狹窄、細(xì)長(zhǎng)的“拱形”通道中，在ATP水解提供的驅(qū)動(dòng)力下，形成一種“擠壓泵”，將其排出細(xì)胞外，從而幫助昆蟲解毒和構(gòu)建表皮脂質(zhì)屏障。更具挑戰(zhàn)的是，該研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)了ABCH轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的抑制劑分子。這個(gè)“X”形的分子完美地將ABCH“卡”在底物結(jié)合的狀態(tài)中，阻止了ABCH外排農(nóng)藥的功能，為解決抗藥性問(wèn)題提供了全新的思路。

害蟲外排農(nóng)藥和脂質(zhì)全過(guò)程

中國(guó)工程院院士錢旭紅認(rèn)為，“綠色農(nóng)藥創(chuàng)新研究和原創(chuàng)性靶標(biāo)的發(fā)現(xiàn)”是當(dāng)今植物保護(hù)行業(yè)和農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)可持續(xù)和高質(zhì)量發(fā)展進(jìn)程的必然趨勢(shì)，是研究中必須攀登和搶占的制高點(diǎn)。該項(xiàng)研究首次揭示了昆蟲ABCH轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)生理底物脂質(zhì)以及外源殺蟲劑底物的分子機(jī)制，將極大地推動(dòng)并提升農(nóng)藥分子靶標(biāo)導(dǎo)向的ABCH轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的研究開發(fā)和應(yīng)用。

中國(guó)工程院院士宋寶安認(rèn)為，害蟲對(duì)殺蟲劑日益嚴(yán)峻的抗性狀況已經(jīng)成為全球農(nóng)業(yè)害蟲防控所面臨的棘手問(wèn)題，嚴(yán)重威脅著全球糧食供應(yīng)的穩(wěn)定與安全。該研究深入解析了昆蟲的抗藥性機(jī)制，無(wú)疑對(duì)有效治理抗性問(wèn)題具備理論和實(shí)踐指導(dǎo)意義。

中國(guó)科學(xué)院院士康樂認(rèn)為，脂質(zhì)分子在細(xì)胞內(nèi)合成之后是如何進(jìn)入到表皮層的？昆蟲又是如何實(shí)現(xiàn)外源物質(zhì)的外排的？這些機(jī)制都是昆蟲學(xué)中的未解之謎。該研究解開了這些科學(xué)問(wèn)題并篩選獲得了能抑制ABCH轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的小分子，為開發(fā)新機(jī)制分子靶標(biāo)、有效解決抗藥性問(wèn)題開辟了全新的思路，對(duì)推動(dòng)我國(guó)農(nóng)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(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、深圳市及大鵬新區(qū)的支持。

責(zé)任編輯：高吉 單榕