绿色农药创制再添新靶标！中国农科院深圳基因所破译ABCH转运蛋白机制

世界农化网中文网报道：传统的杀虫剂固然有效，但会带来环境污染、杀死有益生物等一系列问题。能否通过一种绿色、无污染、精准打击的方法创制出靶向农药？

12月24日，国际期刊《细胞》（Cell）发表了中国农业科学院深圳农业基因组研究所（岭南现代农业科学与技术广东省实验室深圳分中心）教授杨青团队的最新研究成果，研究解析了害虫的″外部防御″和″解毒″机制，并找到了能直接用于合成绿色农药的有效成分。这是杨青团队继2022年破译几丁质生物合成机制以来在昆虫学和农药靶标学领域的又一重大突破。

创制靶向农药的关键，在于找到合适的农药分子靶标。″在研究中，我们发现了一类特殊的蛋白质——ABCH转运蛋白。这类转运蛋白只存在于昆虫和其他节肢动物中，不存在于人类、哺乳动物和植物中，因此它是一个理想的绿色农药分子靶标。″论文通讯作者杨青称，研究团队解析了ABCH转运蛋白的冷冻电镜结构，首次揭示了ABCH转运蛋白运输脂质和农药的完整过程。

″本次研究通过冷冻电镜的方法，从原子尺度确定了ABCH转运蛋白转运脂质以及外排杀虫剂分子的机制，这些机制体现了昆虫表皮生物合成的独特性。″中国科学院院士康乐表示。

作为昆虫将体内的脂质转运到表皮的工具，没有ABCH，昆虫就会死亡。那么，ABCH转运蛋白为什么能转运脂质？

该研究首次报道了ABCH转运蛋白的冷冻电镜结构，揭示了ABCH转运蛋白与昆虫几丁质表皮主要脂质成分″神经酰胺″和外源性底物杀虫剂″苯氧威″互作的分子机制。

研究团队发现，ABCH转运蛋白优先转运昆虫表皮中的重要脂质成分是神经酰胺。″我们发现，神经酰胺具有保湿和抗菌的功效。ABCH招募细胞膜中的神经酰胺，让它结合在一个狭窄、细长的‘拱形’通道中，在腺苷三磷酸水解提供的驱动力下，形成一种‘挤压泵’将神经酰胺分子转运到细胞外。″杨青说。

ABCH运输脂质和农药分子的机制

此外，这项研究最具挑战的是，研究团队筛选获得了能抑制ABCH的转运功能的小分子（LMNG）。研究发现，这个″X″型的分子完美地将转运蛋白″卡″在底物结合构象中。

″过去，人们发现绝大多数抑制剂的工作机制，是阻断跨膜转运通道或阻断腺苷三磷酸的水解。我们发现这个小分子可以通过‘双重锁’机制，同时阻断ABCH的转运通道与腺苷三磷酸水解。这一新的抑制机理的发现为设计靶向ABCH的高效杀虫剂提供了强有力的支撑。″杨青说。

宋宝安表示，研究团队开发了ABCH转运蛋白的特异性抑制剂，可以精准阻断其外排功能，并作为杀虫剂增效剂发挥作用。这为解决害虫对杀虫剂产生抗药性问题提供了全新的思路与有效手段。

中国工程院院士，华东师范大学党委副书记、校长钱旭红表示，这一原创性成果有望催生出一大批绿色、高效、靶向昆虫表皮脂质屏障形成过程的创新型农药产品。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.11.033