在漫長的農業發展進程中，農作物病蟲害始終是懸在頭頂的達摩克利斯之劍，對糧食安全構成嚴重威脅。據聯合國糧農組織估算，全世界每年因農作物病蟲害造成的產量損失高達40%，經濟損失超過2200億美元。
一場沒有硝煙的戰爭
農作物與害蟲之間的斗爭從未停歇，每當農民們最為忙碌的收獲季節，害蟲的侵襲如同不速之客，嚴重威脅著糧食的安全與豐收。人類與害蟲的斗爭是一場曠日持久、沒有硝煙的“戰爭”。
“此前，人們嘗試過噴灑農藥、氣味引誘、引入天敵等多種防治手段，但由于抗藥性的增加和成本過高等因素，導致防治效果并不理想。”中國農業科學院深圳農業基因組研究所、中國農業科學院植物保護研究所博士生導師，中國農業科學院“綠色農藥分子靶標設計”創新團隊首席科學家楊青告訴記者。
人們逐漸意識到，相比“萬能”農藥，人們更需要一種對害蟲更“專一”的農藥，于是，靶向農藥應運而生。所謂靶向，就是以害蟲為靶，針對害蟲獨特的結構特征和生理功能而量身打造的一種農藥，因其專一性強、安全高效、無污染，又被稱為綠色農藥。
而創制靶向農藥的關鍵，在于找到合適的農藥分子靶標。農藥分子靶標是指農藥在分子水平上作用的特定生物分子或蛋白質，它們能夠直接影響害蟲的生命活動。
發現ABCH轉運蛋白
通過無數次實驗，中國農業科學院深圳農業基因組研究所（嶺南現代農業科學與技術廣東省實驗室深圳分中心）楊青教授團隊發現了一類特殊的蛋白質——ABCH轉運蛋白，研究發現，這類蛋白負責將脂質運輸到昆蟲表皮，參與昆蟲表皮脂質屏障的構建，并與抗藥性直接相關。ABCH存在于所有昆蟲和其他節肢動物中，而不存在于人類、哺乳動物和植物中，因此是一個理想的農藥分子靶標。
楊青團隊鑒定了昆蟲表皮主要脂質成分——神經酰胺為ABCH的生理底物；殺蟲劑苯氧為ABCH的外源性底物。該研究解析了ABCH轉運蛋白與脂質分子和殺蟲劑分子的獨特互作機制，首次揭示了ABCH轉運蛋白運輸脂質和農藥的完整過程，并獲得了能夠抑制轉運功能的小分子抑制劑。
ABCH轉運蛋白，這一看似普通的生物分子，實則扮演著昆蟲體內脂質運輸的重要角色。它們如同繁忙的物流車隊，將脂質從昆蟲體內的各個角落運送到表皮，參與構建起一道堅不可摧的脂質屏障。這道屏障，對于昆蟲而言，是抵御外界環境侵害、保持體內水分平衡的關鍵所在；而對于人類而言，卻是農藥難以穿透的壁壘，使得傳統的化學農藥在防治害蟲時效果大打折扣。
簡單來說，該研究解析了害蟲的“外部防御”和“內部解毒”機制，并找到了能直接用于合成綠色農藥的有效成分。該研究是昆蟲學和農藥靶標學領域的重大突破，為開發綠色農藥奠定了重要基礎。這一發現，不僅揭示了昆蟲表皮脂質屏障構建的奧秘，更為綠色農藥的開發奠定了堅實的基礎，堪稱昆蟲學和農藥靶標學領域的一次重大突破。相關研究成果于北京時間2024年12月24日24時發表在國際頂級期刊《細胞（Cell）》上。
為“蟲口奪糧”提供新思路
“這一發現，無疑為綠色農藥的開發開辟了一條全新的道路。傳統的化學農藥，雖然在一定程度上能夠控制害蟲的數量，但其對環境的污染和對人體健康的潛在威脅卻不容忽視。而基于ABCH轉運蛋白的綠色農藥，則有望在保證防治效果的同時，減少對環境的污染和對人體的危害?！睏钋嘟榻B說，通過代謝組學、蛋白質結構解析等技術手段，對ABCH轉運蛋白進行了深入的研究和分析，為其作為農藥靶標的可行性提供了有力的證據。
“ABCH轉運蛋白的發現為我們理解昆蟲的生理特性和抗藥機制提供了新的視角，也為未來綠色農藥的研發指明了方向?！睏钋嗾J為，“研究成果有兩個方面的重要性，一個方面就是為安全高效的農藥提供了新的靶標，因為農藥分子要通過跟病毒害體內的生物大分子靶標結合來產生藥效，現有的靶標少，所以作用方式單一，交互抗性很高。另外就是80%的殺蟲劑作用的是五個神經肌肉系統的靶標，60%的殺菌劑作用的是三個能量代謝的細胞靶標。這些靶標是人畜都有的，所以就存在高毒性的風險。這些問題是農藥行業里面的一個痛點，怎么能可持續發展是一個很大的問題。我們的工作就是開發新機制的綠色農藥，解決最需要的關鍵靶標問題。經過多年研究，終于找到了一個能夠創制安全，高效的農藥的新靶標。”
“第二個意義就是可能緩解農藥的抗藥性。自1914年報道了第一例關于農藥抗藥性的案例以來，至今農業害蟲抗藥性問題已愈發嚴重。農業害蟲抗藥性問題不僅限制了農藥的有效使用，還易引發了環境和生態問題，成為了農業生產中一個日益突出的全球性挑戰，這使得新型殺蟲劑產品以及抗性治理產品的開發變得尤為必要，我們的這個工作消滅害蟲，耐藥性的治理提供了一個新的方向?！睏钋啾硎荆谖磥淼难芯恐校瑘F隊將繼續深化對ABCH轉運蛋白的認識和理解，探索其作為農藥靶標的潛力和應用前景。
“蟲口奪糧”，這是一場關乎人類生存與發展的戰役。楊青教授團隊的這一發現，無疑為這場戰役注入了新的活力和希望。這一研究成果不僅在科學界引起了廣泛關注，也為農業生產的可持續發展提供了新的思路。楊青表示，隨著全球對食品安全和環境保護的重視，開發綠色農藥已成為全球農業研究的熱點，期待這一成果能夠在實際農業生產中發揮更大的作用，為“蟲口奪糧”戰役貢獻力量。
