我國科學家發現農業害蟲表皮保溼排毒的秘密武器

北京時間2024年12月24日24時，國際頂級期刊《細胞（Cell）》在線發表了中國農業科學院深圳農業基因組研究所（嶺南現代農業科學與技術廣東省實驗室深圳分中心）楊青教授團隊的最新研究成果，該研究首次揭示了ABCH轉運蛋白運輸脂質和外排農藥的完整過程。這是楊青團隊繼2022年在《自然（Nature）》上揭示幾丁質生物合成機制以來在昆蟲學和農藥靶標學領域的又一重大突破。該研究爲開發安全、低抗性的綠色農藥奠定了重要基礎。

病蟲害對全球糧食安全、貿易和生計都構成嚴重威脅。據聯合國糧農組織估算，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。農藥爲保護作物、減少經濟損失做出了重要貢獻。因此，高效、生態友好、低抗性的綠色農藥是農藥產業發展的必然趨勢。

創制綠色農藥的關鍵，在於找到人畜安全的綠色農藥分子靶標。該研究在昆蟲體內發現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到昆蟲表皮，從而防止昆蟲脫水並抵禦病原微生物的入侵。ABCH存在於所有昆蟲中，但不存在於人類、脊椎動物和植物中，因此是一個待開發的、理想的農藥分子靶標。該研究闡釋了ABCH將細胞膜中的脂質小分子——神經酰胺轉運到幾丁質表皮以及外排殺蟲劑“苯氧威”給細胞解毒的精妙機制，揭示了ABCH像一個“擠壓泵”一樣將神經酰胺和殺蟲劑分子送出細胞外的動態過程。更具挑戰的是，研究團隊還發現了ABCH轉運蛋白的抑制劑分子。這個“X”型的分子完美地將ABCH“卡”在底物結合的狀態中，阻止了ABCH外排農藥的功能，因而爲解決抗藥性問題提供了全新的思路。

該研究得到了科技部、國家自然科學基金委員會、深圳市及大鵬新區的資助。項目資助的第一標註爲國家重點研發計劃。

中國工程院院士錢旭紅評論稱，“綠色農藥創新研究和原創性靶標的發現”是當今植物保護行業和農藥產業可持續和高質量發展進程的必然趨勢，是研究中必須攀登和搶佔的制高點。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，將極大地推動並提升農藥分子靶標導向的ABCH轉運蛋白的研究開發和應用。

中國工程院院士宋寶安表示，害蟲對殺蟲劑日益嚴峻的抗性狀況已經成爲全球農業害蟲防控所面臨的棘手問題，嚴重威脅着全球糧食供應的穩定與安全。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爲，脂質分子在細胞內合成之後是如何進入到表皮層的？昆蟲又是如何實現外源物質的外排的？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並篩選獲得了能抑制ABCH轉運蛋白的小分子，爲針對開發新機制分子靶標、有效解決抗藥性問題開闢了全新的思路，對推動我國農業健康可持續發展具有重大戰略意義。