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。

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。

“如果我们研发出相关的活性小分子农药，可以更有效地抑制大豆疫霉菌、马铃薯疫霉的几丁质合成，那将有助于保障大豆、马铃薯等重要农作物品种的安全生产。”杨青说。

中国工程院院士、华东师范大学校长钱旭红指出，杨青教授的研究成果，突破了几丁质农药领域近50年的发展瓶颈，通过在原子尺度上对几丁质合成酶与底物、产物和抑制剂的结合模式的分析，为人类数十年以来未能实现的生态环境友好农药的梦想提供了实现的舞台，即基于几丁质合成酶的结构精准设计绿色农药。

几丁质，古老而新颖的神奇物质

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。

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。”

在不断的研究中，科学家们发现，几丁质其实是一种由N-乙酰氨基葡萄糖构成的天然生物高分子，真菌、节肢动物等可以在体内自动合成该物质，这对它们的生存和繁衍至关重要。

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。

新京报记者 周怀宗

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。

“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。

在中国，对几丁质的研究也一直在进行。大约十五年前，杨青和她的团队就开始进行几丁质生物学的研究，想要从中找到几丁质合成的机理。

从上世纪七十年代起，人们就陆续开发了能抑制几丁质合成的活性小分子化合物，这些化合物作为杀菌剂和杀虫剂，已经表现出极大的应用和市场前景。杨青介绍，如1976年拜耳公司发现的尼克霉素对马铃薯疫霉、同丝水霉、烟曲霉等多种农业病原菌，表现出良好的杀菌活性，并且作为人用的抗真菌药物，已经进入II期临床试验。1978年人工合成的苯甲酰脲类化合物，可以有效阻止昆虫的几丁质合成，目前该类化合物农药占据杀虫剂市场的3%，年销售达到4.41亿美元。

“这个过程主要有三个阶段，第一个阶段，几丁质合成酶将供体底物上的糖基转移到受体几丁质糖链上。第二阶段，新生成的几丁质糖链通过细胞膜上的‘跨膜转运'通道释放到细胞外。第三阶段，释放的几丁质链自发组装成几丁质纳米纤维。”杨青说。

三段式，揭示几丁质合成路径