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。

“尽管几丁质存在于各种不同的生命形式中，几丁质生物合成机制在进化上是保守的。这个工作是创新的，无疑具有广泛的影响力”。一位论文匿名评审表示。

可以说，几丁质是这些真菌、动物安身立命的根基之一，它们出现在自然界的时间，要以亿年为单位来计算。但人类认识它的时间却很短，十九世纪初，科学家才真正发现几丁质的存在，并在很短的时间里，从甲壳动物外壳中提取到了这种物质。

可以抑制几丁质合成的生物农药究竟有何前景？以该研究所选取的大豆疫霉菌为例，这是全球大豆生产中普遍的病害来源之一，是引起大豆根茎腐烂的主要病原体，每年造成超过10亿美元的经济损失。

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。”

编辑 唐峥 校对 赵琳

在弄清楚几丁质合成过程后，杨青团队进一步尝试发现活性小分子是如何起作用的，杨青介绍，团队以活性小分子尼克霉素为研究对象，阐释了其抑制几丁质生物合成的机制。“在了解几丁质合成的机制后，我们就更容易了解到，一些可以抑制几丁质合成的活性小分子，究竟是在哪个环节、通过怎样的机制起作用的。”她说。

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。

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。

新京报记者 周怀宗

在过去五十年中，全球各国都投入了大量的人力、物力和热情，试图研发出更多种类和更加高效的靶向几丁质合成酶的绿色农药，但实际上，这些研究却始终进展缓慢。“其中一个重要原因，是缺乏准确的几丁质合成酶的三维结构信息，几丁质合成酶的结构-功能关系不明确，这严重阻碍了针对该酶设计新的农药品种。”

据了解，该研究得到国家自然科学基金重点项目、国际(地区)合作与交流项目、中国农业科学院农业科技创新工程、深圳市科技计划项目及深圳市大鹏新区科技创新与产业发展专项资金等项目的资助。中国农业科学院植物保护研究所为论文的第一完成单位，植保所陈威副研究员、北京工业大学曹鹏教授和大连理工大学刘元盛博士为本文共同第一作者，植保所杨青教授和中国科学院高能物理所龚勇研究员为共同通讯作者。中国农业科学院深圳基因组研究所于爱玲博士后、陈磊博士后，大连理工大学王栋博士，天津大学尉迟之光教授、Rajamanikandan Sundarraj博士后，以及德国锡根大学Hans Merzendorfer教授也参与了本文的研究。

几丁质的分布与合成。中国农科院供图

三段式，揭示几丁质合成路径

不过，由于缺乏对生物合成几丁质的机理认识，大量使用的几丁质，在很长时间里，主要从虾蟹等各种生物中提取，而难以人工合成甚至定制。

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。