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南农科研团队新发现,未来杀菌剂生产有望实现“一把钥匙开一把锁” qrcode

2020-04-10

世界农化网中文网报道: 在农业生产中,传统的植物病害化学防治方法,常常会引起严重的生态、环境和经济问题,尤其会导致化学农药综合症。据统计,随着化学农药的长期和大量使用,目前已经有150多种病原、100多种杂草和500多种害虫对化学农药产生了抗性,安全性及抗药性等问题是新农药开发和应用过程中需要重点解决的问题。

近日,南农大杀菌剂生物学团队的最新科研成果,揭示了杀菌剂作用靶标的三维结构。未来,在该成果基础上开展新型杀菌剂的设计和生产,有望实现“一把钥匙开一把锁”的精准靶向杀菌。国际微生物学权威期刊PLOSPathogens在线发表了这一成果。

据介绍,在近140年的现代杀菌剂发展史上,人类先后研发了400多种杀菌剂用于植物病害的化学防控,然而这些杀菌剂作用位点单一,有害病原物特别容易产生抗药性。受制于研究手段的不足,目前探明这些杀菌剂作用的分子靶标或受体蛋白只有20多种,其中具有重要杀菌剂研发利用价值的杀菌剂分子靶标更是屈指可数,而且至今没有在结构层面上阐明任何一个靶标蛋白与药剂是如何相互作用的,以致新型杀菌剂创制的盲目性大,周期越来越长,成本越来越高,而且难以解决“杀敌一千,自损八百”的问题。

如何解决这个问题,研制出能精确识别“敌友”的智能杀菌手段?南农科研团队经过近二十年的不断探索,发现了一种极其重要的新靶标——肌球蛋白-5,并在此基础上,研制了多种增效组合杀菌剂,在小麦、水稻等作物主要病害防控中大显身手。


氰烯菌酯与禾谷镰刀菌肌球蛋白-5复合物的晶体三维结构

团队负责人周明国教授告诉记者,最新的研究成果不仅将提高植物病害防治的有效性,还能提前预防“抗药性”。相当于给靶标肌球蛋白绘制了一幅3D效果的立体解剖图,把这个蛋白的功能位点以及可以与化合物互作的那些关键氨基酸揭示得清清楚楚,未来只需要在此基础上,针对这个蛋白上的功能位点及多个氨基酸设计“进攻武器”,有效避免农药创制的盲目性,大幅度提高新型杀菌剂的抗菌活性和安全性。

在这个成果的基础上,每一种生物的肌球蛋白就像是每个房间的锁芯,只要探明了需要打开房间的锁芯结构,就可以有针对性地配上专门的“钥匙”,这样既能满足“解锁”的需求,又能保证其他门锁的安全。

不仅如此,由于精准掌握了病原菌的这种蛋白与药剂结合的关键氨基酸,就能发现他们的变化规律,提前“预知”产生抗药性的机制和速度,从而采取预防手段,确保精确武器的长期有效性。实际上,现实生产中,一种新型农药的研发需要合成10多万个化合物,花费10年的时间,而抗药性的产生往往三、五年就够了。

该研究成果揭示了杀菌剂作用靶标蛋白与小分子化合物亲和互作的精细结构特征,为快速发展颠覆性靶向杀菌剂,有效解决新农药创制跟不上抗药性发展速度的问题提供了新方法。同时,对于推动农业有害生物的农药受体结构生物学研究和靶向农药发展具有引领性作用。

 

来源: 扬子晚报
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