在漫長(zhǎng)的農(nóng)業(yè)發(fā)展進(jìn)程中，農(nóng)作物病蟲害始終是懸在頭頂?shù)倪_(dá)摩克利斯之劍，對(duì)糧食安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)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2200億美元。
一場(chǎng)沒有硝煙的戰(zhàn)爭(zhēng)
農(nóng)作物與害蟲之間的斗爭(zhēng)從未停歇，每當(dāng)農(nóng)民們最為忙碌的收獲季節(jié)，害蟲的侵襲如同不速之客，嚴(yán)重威脅著糧食的安全與豐收。人類與害蟲的斗爭(zhēng)是一場(chǎng)曠日持久、沒有硝煙的“戰(zhàn)爭(zhēng)”。
“此前，人們嘗試過噴灑農(nóng)藥、氣味引誘、引入天敵等多種防治手段，但由于抗藥性的增加和成本過高等因素，導(dǎo)致防治效果并不理想。”中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所博士生導(dǎo)師，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院“綠色農(nóng)藥分子靶標(biāo)設(shè)計(jì)”創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)首席科學(xué)家楊青告訴記者。
人們逐漸意識(shí)到，相比“萬(wàn)能”農(nóng)藥，人們更需要一種對(duì)害蟲更“專一”的農(nóng)藥，于是，靶向農(nóng)藥應(yīng)運(yùn)而生。所謂靶向，就是以害蟲為靶，針對(duì)害蟲獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征和生理功能而量身打造的一種農(nóng)藥，因其專一性強(qiáng)、安全高效、無(wú)污染，又被稱為綠色農(nóng)藥。
而創(chuàng)制靶向農(nóng)藥的關(guān)鍵，在于找到合適的農(nóng)藥分子靶標(biāo)。農(nóng)藥分子靶標(biāo)是指農(nóng)藥在分子水平上作用的特定生物分子或蛋白質(zhì)，它們能夠直接影響害蟲的生命活動(dòng)。
發(fā)現(xiàn)ABCH轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白
通過無(wú)數(shù)次實(shí)驗(yàn)，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所（嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室深圳分中心）楊青教授團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一類特殊的蛋白質(zhì)——ABCH轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，研究發(fā)現(xiàn)，這類蛋白負(fù)責(zé)將脂質(zhì)運(yùn)輸?shù)嚼ハx表皮，參與昆蟲表皮脂質(zhì)屏障的構(gòu)建，并與抗藥性直接相關(guān)。ABCH存在于所有昆蟲和其他節(jié)肢動(dòng)物中，而不存在于人類、哺乳動(dòng)物和植物中，因此是一個(gè)理想的農(nóng)藥分子靶標(biāo)。
楊青團(tuán)隊(duì)鑒定了昆蟲表皮主要脂質(zhì)成分——神經(jīng)酰胺為ABCH的生理底物；殺蟲劑苯氧為ABCH的外源性底物。該研究解析了ABCH轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白與脂質(zhì)分子和殺蟲劑分子的獨(dú)特互作機(jī)制，首次揭示了ABCH轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白運(yùn)輸脂質(zhì)和農(nóng)藥的完整過程，并獲得了能夠抑制轉(zhuǎn)運(yùn)功能的小分子抑制劑。
ABCH轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，這一看似普通的生物分子，實(shí)則扮演著昆蟲體內(nèi)脂質(zhì)運(yùn)輸?shù)闹匾巧?。它們?nèi)缤泵Φ奈锪鬈囮?duì)，將脂質(zhì)從昆蟲體內(nèi)的各個(gè)角落運(yùn)送到表皮，參與構(gòu)建起一道堅(jiān)不可摧的脂質(zhì)屏障。這道屏障，對(duì)于昆蟲而言，是抵御外界環(huán)境侵害、保持體內(nèi)水分平衡的關(guān)鍵所在；而對(duì)于人類而言，卻是農(nóng)藥難以穿透的壁壘，使得傳統(tǒng)的化學(xué)農(nóng)藥在防治害蟲時(shí)效果大打折扣。
簡(jiǎn)單來(lái)說，該研究解析了害蟲的“外部防御”和“內(nèi)部解毒”機(jī)制，并找到了能直接用于合成綠色農(nóng)藥的有效成分。該研究是昆蟲學(xué)和農(nóng)藥靶標(biāo)學(xué)領(lǐng)域的重大突破，為開發(fā)綠色農(nóng)藥奠定了重要基礎(chǔ)。這一發(fā)現(xiàn)，不僅揭示了昆蟲表皮脂質(zhì)屏障構(gòu)建的奧秘，更為綠色農(nóng)藥的開發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，堪稱昆蟲學(xué)和農(nóng)藥靶標(biāo)學(xué)領(lǐng)域的一次重大突破。相關(guān)研究成果于北京時(shí)間2024年12月24日24時(shí)發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊《細(xì)胞（Cell）》上。
為“蟲口奪糧”提供新思路
“這一發(fā)現(xiàn)，無(wú)疑為綠色農(nóng)藥的開發(fā)開辟了一條全新的道路。傳統(tǒng)的化學(xué)農(nóng)藥，雖然在一定程度上能夠控制害蟲的數(shù)量，但其對(duì)環(huán)境的污染和對(duì)人體健康的潛在威脅卻不容忽視。而基于ABCH轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的綠色農(nóng)藥，則有望在保證防治效果的同時(shí)，減少對(duì)環(huán)境的污染和對(duì)人體的危害。”楊青介紹說，通過代謝組學(xué)、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)解析等技術(shù)手段，對(duì)ABCH轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白進(jìn)行了深入的研究和分析，為其作為農(nóng)藥靶標(biāo)的可行性提供了有力的證據(jù)。
“ABCH轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的發(fā)現(xiàn)為我們理解昆蟲的生理特性和抗藥機(jī)制提供了新的視角，也為未來(lái)綠色農(nóng)藥的研發(fā)指明了方向?！睏钋嗾J(rèn)為，“研究成果有兩個(gè)方面的重要性，一個(gè)方面就是為安全高效的農(nóng)藥提供了新的靶標(biāo)，因?yàn)檗r(nóng)藥分子要通過跟病毒害體內(nèi)的生物大分子靶標(biāo)結(jié)合來(lái)產(chǎn)生藥效，現(xiàn)有的靶標(biāo)少，所以作用方式單一，交互抗性很高。另外就是80%的殺蟲劑作用的是五個(gè)神經(jīng)肌肉系統(tǒng)的靶標(biāo)，60%的殺菌劑作用的是三個(gè)能量代謝的細(xì)胞靶標(biāo)。這些靶標(biāo)是人畜都有的，所以就存在高毒性的風(fēng)險(xiǎn)。這些問題是農(nóng)藥行業(yè)里面的一個(gè)痛點(diǎn)，怎么能可持續(xù)發(fā)展是一個(gè)很大的問題。我們的工作就是開發(fā)新機(jī)制的綠色農(nóng)藥，解決最需要的關(guān)鍵靶標(biāo)問題。經(jīng)過多年研究，終于找到了一個(gè)能夠創(chuàng)制安全，高效的農(nóng)藥的新靶標(biāo)。”
“第二個(gè)意義就是可能緩解農(nóng)藥的抗藥性。自1914年報(bào)道了第一例關(guān)于農(nóng)藥抗藥性的案例以來(lái)，至今農(nóng)業(yè)害蟲抗藥性問題已愈發(fā)嚴(yán)重。農(nóng)業(yè)害蟲抗藥性問題不僅限制了農(nóng)藥的有效使用，還易引發(fā)了環(huán)境和生態(tài)問題，成為了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中一個(gè)日益突出的全球性挑戰(zhàn)，這使得新型殺蟲劑產(chǎn)品以及抗性治理產(chǎn)品的開發(fā)變得尤為必要，我們的這個(gè)工作消滅害蟲，耐藥性的治理提供了一個(gè)新的方向?！睏钋啾硎?，在未來(lái)的研究中，團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)深化對(duì)ABCH轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的認(rèn)識(shí)和理解，探索其作為農(nóng)藥靶標(biāo)的潛力和應(yīng)用前景。
“蟲口奪糧”，這是一場(chǎng)關(guān)乎人類生存與發(fā)展的戰(zhàn)役。楊青教授團(tuán)隊(duì)的這一發(fā)現(xiàn)，無(wú)疑為這場(chǎng)戰(zhàn)役注入了新的活力和希望。這一研究成果不僅在科學(xué)界引起了廣泛關(guān)注，也為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展提供了新的思路。楊青表示，隨著全球?qū)κ称钒踩铜h(huán)境保護(hù)的重視，開發(fā)綠色農(nóng)藥已成為全球農(nóng)業(yè)研究的熱點(diǎn)，期待這一成果能夠在實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮更大的作用，為“蟲口奪糧”戰(zhàn)役貢獻(xiàn)力量。
