9月21日，中國農業科學院植物保護研究所、農業基因組研究所楊青教授團隊及其合作者在國際學術期刊《自然》（Nature）發表了一項歷時十五年完成的研究成果。該研究解析了大豆疫霉菌幾丁質合成酶的冷凍電鏡結構，首次揭示了幾丁質生物合成的完整過程。
幾丁質俗稱甲殼素，廣泛存在于真菌、節肢動物、軟體動物、環節動物、腔腸動物和原生動物等不同種類的生物中，是地球上含量最豐富的氨基聚糖。幾丁質的生物合成也是最古老的生物合成途徑之一，對大量生物的生存和繁殖至關重要，這些生物也包括許多嚴重危害農業生產的害蟲、病原真菌和卵菌等。幾丁質不存在于植物和哺乳動物中，因此幾丁質合成酶是高效、安全、生態友好的農藥創制的重要靶標之一。同時，幾丁質在昆蟲和真菌中均為不可或缺的結構成分，所以幾丁質合成酶既是殺菌劑的靶標，又是殺蟲劑的靶標。
然而，在過去的50年中，靶向幾丁質合成酶綠色農藥的研制始終進展緩慢。其中一個重要原因是缺乏準確的幾丁質合成酶的三維結構信息，幾丁質合成酶的結構-功能關系不明確，嚴重阻礙了針對該酶設計新的農藥品種。
PsChs1的三維結構
在這一研究中，楊青教授團隊選取了大豆疫霉菌(Phytophthora sojae)的幾丁質合成酶PsChs1為研究對象，通過前沿生物學技術包括冷凍電鏡、掃描電鏡、X射線衍射等，解析了5個不同催化反應狀態PsChs1的三維結構，揭示了幾丁質合成酶實現幾丁質生物合成的三個重要過程：酶與底物結合、新生成的幾丁質鏈延伸、產物釋放，并闡明了活性小分子尼克霉素能夠抑制幾丁質生物合成的機制。
幾丁質生物合成的機制
該論文是全球農藥領域近年來最重要的基礎研究進展之一，這一研究為靶向幾丁質合成的綠色農藥開發提供了基礎性、關鍵性信息，使得以幾丁質合成酶為分子靶標精準開發新型綠色農藥成為科學可行的方案，具有重要的理論和應用價值。
PsChs1與尼克霉素的復合物
中國工程院院士、貴州大學校長宋寶安表示，對于綠色農藥分子靶標的開發和利用已經成為國家的重大需求，一個新的靶標不僅可以催生出幾十甚至上百種農藥品種，也能極大緩解已有農藥品種的抗藥性問題。該研究有助于創制出重量級的綠色農藥品種，提升我國農藥產業的核心競爭力和對農業有害生物的防控能力，保障我國糧食安全。
