马铃薯疫霉也是如此，它是马铃薯晚疫病的病原体，十九世纪中期，由马铃薯晚疫病引发的爱尔兰大饥荒，曾经使上百万人饿死，在今天，它依然是马铃薯生产中最重要的病害之一。

“这一成果具有里程碑的意义，是全球农药创新研究与开发近几十年来最重要的基础性进展之一。标志着中国农药研发水平提升到了基础理论原始创新的高度。”钱旭红说。

这是第一次从原子水平上向人们展示了一个有方向性的、多步骤偶联的几丁质生物合成过程。

杀虫剂，安全优质的绿色农药

里程碑，全球农药研究基础性进展

农药是现代农业生产的重要生产资料，也是保障产量和品质的基础之一。在中国，农药的使用，每年可以减少约1000亿元的直接经济损失。在全球，每年的农药市场规模，都在600亿美元以上。

几丁质合成酶结构的发现，为生物农药提供了新的靶标。中国工程院院士、贵州大学校长宋宝安指出，在今天，对于绿色农药分子靶标的开发和利用已经成为国家的重大需求，一个新的靶标不仅可以催生出几十甚至上百种农药品种，也能极大缓解已有农药品种的抗药性问题。几丁质合成酶的三维结构，无疑是一个公认的绿色的农药分子靶标。

在农业生产中，干扰几丁质合成的活性小分子是最安全的绿色杀虫剂、杀菌剂之一。

新靶标，环境友好型农药梦想

与此同时，农药毒性产生的副作用，以及病虫害的抗药性，也使得农药的使用面临着严峻的挑战，杨青介绍，“加速研发安全、新作用机制的农药是有效解决途径，其科学问题的核心在于农药分子靶标，即病虫害体内与农药分子结合、从而使农药分子发挥药效的生物大分子。这些生物大分子，主要是在病虫害生长发育过程中不可或缺的蛋白质、酶、多肽和核酸等。目前全球广泛使用的杀虫剂中70%的品种只针对5个分子靶标，广泛使用的杀菌剂中60%的品种只针对3个靶标。长期使用针对单一靶标的农药很容易使病虫害产生高的抗药性，最终导致农药无法控制病虫害种群而出现病虫害爆发频发的灾害，这也是全球农业病虫害防控所面临的重大问题。”

事实上，这一过程的发现极为困难，十五年的研究历程中，绝大部分时间都被用在反复的实验中。

杨青介绍，几丁质是许多农业害虫、病菌体内不可或缺的生物组成部分，而生物合成几丁质的过程中，合成酶发挥着关键作用，假如可以通过人工手段，抑制合成酶的作用，即可打断生物合成几丁质的过程，从而让缺乏几丁质的害虫、真菌死亡。可以说，几丁质合成酶，既是杀虫剂的靶标，又是杀菌剂的靶标，在农药领域的应用前景极为广泛。

两个世纪以来，这种发现于古老生物中的物质，已经得到了广泛的应用，如在工业生产中，可以做布料、染料、纸张和水处理等，在医疗中，可以做隐形眼镜、人工皮肤、缝合线、人工血管等，在化妆领域，可以做美容剂、保湿剂等。

杨青介绍，在研究中，团队选取了大豆疫霉菌的几丁质合成酶，以这种名为PsChs1的几丁质合成酶为对象，通过前沿生物学技术包括冷冻电镜、扫描电镜、X射线衍射等，解析了4个不同催化反应状态PsChs1的三维结构，揭示了几丁质合成酶实现几丁质生物合成的三个重要过程。

同时，由于植物和哺乳动物体内不存在几丁质，可以抑制几丁质合成酶的农药，对植物和人类无害，是安全且高效的绿色农药。

9月21日23点，《自然》杂志以长文形式，发表了我国科学家的一项最新科研成果，该研究解析了大豆疫霉菌几丁质合成酶的冷冻电镜结构，首次揭示了几丁质生物合成的完整过程，突破了过去50年来未曾突破的难题，为未来研发安全高效的生物农药，提供了广阔的基础。研究由中国农业科学院杨青教授团队及其合作者完成。

几丁质俗称甲壳素，是地球上含量最丰富的氨基聚糖。几丁质广泛存在于真菌、节肢动物、软体动物、环节动物、腔肠动物和原生动物等不同种类的生物中，虾、蟹、昆虫和其他节肢动物的外壳，主要成分就是几丁质，一些真菌的细胞壁中，也大量含有几丁质。

几丁质的分布与合成。中国农科院供图

编辑 唐峥 校对 赵琳

文章来源：《中国基础科学》 网址: http://www.zgjckxzz.cn/zonghexinwen/2022/0924/546.html