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南農科研團隊新發現,未來殺菌劑生產有望實現“一把鑰匙開一把鎖”

作者:揚子晚報    |     來源:世界農化網    |     發布時間:2020-04-14     |     切換:簡體 繁體    |     字號:[        ]
在農業生產中,傳統的植物病害化學防治方法,常常會引起嚴重的生態、環境和經濟問題,尤其會導致化學農藥綜合癥。據統計,隨著化學農藥的長期和大量使用,目前已經有150多種病原、100多種雜草和500多種害蟲對化學農藥產生了抗性,安全性及抗藥性等問題是新農藥開發和應用過程中需要重點解決的問題。

近日,南農大殺菌劑生物學團隊的最新科研成果,揭示了殺菌劑作用靶標的三維結構。未來,在該成果基礎上開展新型殺菌劑的設計和生產,有望實現“一把鑰匙開一把鎖”的精準靶向殺菌。國際微生物學權威期刊PLOSPathogens在線發表了這一成果。

據介紹,在近140年的現代殺菌劑發展史上,人類先后研發了400多種殺菌劑用于植物病害的化學防控,然而這些殺菌劑作用位點單一,有害病原物特別容易產生抗藥性。受制于研究手段的不足,目前探明這些殺菌劑作用的分子靶標或受體蛋白只有20多種,其中具有重要殺菌劑研發利用價值的殺菌劑分子靶標更是屈指可數,而且至今沒有在結構層面上闡明任何一個靶標蛋白與藥劑是如何相互作用的,以致新型殺菌劑創制的盲目性大,周期越來越長,成本越來越高,而且難以解決“殺敵一千,自損八百”的問題。

如何解決這個問題,研制出能精確識別“敵友”的智能殺菌手段?南農科研團隊經過近二十年的不斷探索,發現了一種極其重要的新靶標——肌球蛋白-5,并在此基礎上,研制了多種增效組合殺菌劑,在小麥、水稻等作物主要病害防控中大顯身手。


氰烯菌酯與禾谷鐮刀菌肌球蛋白-5復合物的晶體三維結構

團隊負責人周明國教授告訴記者,最新的研究成果不僅將提高植物病害防治的有效性,還能提前預防“抗藥性”。相當于給靶標肌球蛋白繪制了一幅3D效果的立體解剖圖,把這個蛋白的功能位點以及可以與化合物互作的那些關鍵氨基酸揭示得清清楚楚,未來只需要在此基礎上,針對這個蛋白上的功能位點及多個氨基酸設計“進攻武器”,有效避免農藥創制的盲目性,大幅度提高新型殺菌劑的抗菌活性和安全性。

在這個成果的基礎上,每一種生物的肌球蛋白就像是每個房間的鎖芯,只要探明了需要打開房間的鎖芯結構,就可以有針對性地配上專門的“鑰匙”,這樣既能滿足“解鎖”的需求,又能保證其他門鎖的安全。

不僅如此,由于精準掌握了病原菌的這種蛋白與藥劑結合的關鍵氨基酸,就能發現他們的變化規律,提前“預知”產生抗藥性的機制和速度,從而采取預防手段,確保精確武器的長期有效性。實際上,現實生產中,一種新型農藥的研發需要合成10多萬個化合物,花費10年的時間,而抗藥性的產生往往三、五年就夠了。

該研究成果揭示了殺菌劑作用靶標蛋白與小分子化合物親和互作的精細結構特征,為快速發展顛覆性靶向殺菌劑,有效解決新農藥創制跟不上抗藥性發展速度的問題提供了新方法。同時,對于推動農業有害生物的農藥受體結構生物學研究和靶向農藥發展具有引領性作用。
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