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替换生物支链氨基酸合成中的关键钥匙 浙工大研发的这类新型农药精准又环保   

2018年07月12日 12:00:00 来源:科技金融时报 作者: 徐璐璐 周丽敏 林琼 金乐平

  一提到农药,人们的第一反应是有毒,毒性越高药效也就越好。随着近几年全球农药市场的发展,绿色安全食品的呼声不断高涨,越来越多的新型农药迅速崛起,比如高效低毒农药,这些新型农药如同给植物轻轻地穿了一件外衣,既能减少害虫、病菌和杂草危害,同样绿色环保。如今浙江工业大学一项通过调控植物中支链氨基酸的生物合成的研究,来抑制杂草生长,从而达到除草目的。

  

  记者日前来到浙工大,走访了由化学工程学院硕士研究生导师刘幸海所带领的研发团队。刘幸海告诉记者,团队在浙江省自然科学基金的资助下,立足于研制抑制支链氨基酸生物合成途径的新型除草剂,自然科学基金项目“基于靶酶酮醇酸异构酶的新杂环化合物的设计合成与生物活性研究”从2016年起到2018年12月取得了阶段性成果,并通过了结题验收。

  “公众对于农药的误解太深了,其实农药并不全有毒的,从90年代以来,世界各大机构研发的新农药基本上都是高效且低毒的,甚至是超高效的,比如一亩地用1克农药左右就可以了。而且农药不仅仅要做到对环境无污染,还要对有益昆虫,水生动物这一些都要没有伤害。”刘幸海还告诉记者,不管是农药还是医药,长期使用都会产生抗药性,就像人长期服药会产生抗药性,植物、病菌或是昆虫也会产生抗药性,因此综合这两点,他们所研究的课题在于如何研发新品种的农药,这类农药是一个高活性的新结构类型化合物,同时还要是环保的并且保证生物多样性。

  “一部分人体必需的氨基酸是我们自己不能合成,要靠外部摄入,如食物等。而我们做的这个项目主要是针对植物里面的支链氨基酸(亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸)的生物合成,要达到的效果就是让这个农药用下去,起到调控的作用,而不是一定要杀死杂草,同时对环境友好和人畜无毒,让农药也‘人性化’。”据刘幸海介绍,酮醇酸还原异构酶(KARI)与乙酰乳酸合成酶(ALS)一样,是植物和微生物体内支链氨基酸——缬氨酸、亮氨酸及异亮氨酸生物合成的关键酶,能够作为除草剂的靶标酶。然而,现有KARI抑制剂的体内活性太弱,对KARI酶抑制剂的研究也较少,因此,需要合成具有新颖结构的KARI抑制剂,从而研发出具有新型高生物活性的的除草剂。

  “这类新型的化合物是要起到精准调控的作用。”刘幸海这样巧妙比喻道:“比如一把钥匙开一把锁,而我们模仿生物合成支链氨基酸的底物结构来替换这把钥匙,根据这一设计理念去设计一把相似的钥匙,先去开启了这把锁,从而达到这个杂草会慢慢死亡或者不生长的效果,还能不影响水稻或者小麦等经济作物的生长。此外再借助计算机辅助药物设计方法,让这把钥匙把这把锁开得更好一点。”

  据了解,靶向乙酰乳酸合成酶(ALS酶)的除草剂在农业生产中已经广泛应用,从实践上证明了支链氨基酸的生物合成途径是基于靶标除草剂分子设计的有效靶点,同时这类除草剂开启了超高效除草剂的时代,为世界植保事业做出了巨大的贡献。经过多年的使用,杂草已经对这些药物产生了不同程度的抗性,并且由于部分除草剂如磺酰脲除草剂的残留问题,目前有部分国家和地区已经对一些ALS酶抑制剂禁用。因此研制抑制该支链氨基酸生物合成途径的新型的除草剂显出必要性和迫切性。

  这种新型农药精准又环保,目前还在实验室阶段,已经取得了一定的试验效果。“虽然我们设计的是除草的化合物,但目前发现这种化合物对于抑制植物线虫效果也非常好。温室田间试验发现,未使用我们的化合物,本身植物根茎非常肿,长了很多线虫,但是用了这类化合物后,会发现这个根就不会受到线虫的侵染了。”刘幸海表示在研究过程中,还要考虑植物的代谢吸收,仍需进一步研究。

  记者 徐璐璐 通讯员 周丽敏 林琼/文  记者 金乐平/摄

[编辑: 王姝]
(本文来源:科技金融时报)
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