Nature：中美合作開發(fā)出天然產(chǎn)物來源的新型除草劑

雜草會嚴(yán)重威脅作物產(chǎn)量，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。與人工除草相比，除草劑具有經(jīng)濟(jì)、快速、高效等優(yōu)點，為農(nóng)業(yè)的高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)提供了重要保障。然而，近年來，長期、單一、廣泛使用除草劑，導(dǎo)致了抗性雜草個體和種群逐年增加，降低了除草劑的防治效果，增加了雜草防治成本。同時，除草劑使用劑量增加也易造成農(nóng)作物藥害風(fēng)險和環(huán)境污染。

天然產(chǎn)物小分子與生物在自然界中共同進(jìn)化，其生物學(xué)活性能夠干預(yù)特定細(xì)胞的代謝途徑。因而，在醫(yī)藥健康及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中起著非常重要的作用，如抗菌藥物青霉素、抗瘧疾藥物青蒿素，以及降脂藥物洛伐他汀等。因此，開發(fā)和應(yīng)用具有新型生物學(xué)活性的天然產(chǎn)物對生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)及農(nóng)業(yè)科學(xué)等廣大領(lǐng)域具有重要意義。

2018年7月11日，美國加州大學(xué)洛杉磯分校唐奕教授課題組、Steven Jacobsen教授課題組和上海有機化學(xué)研究所周佳海研究員課題組，聯(lián)合瑞士的袁曙光博士在Nature雜志在線發(fā)表了題為Resistance gene-directed discovery of a natural-product herbicide with a new mode of action的研究論文。該研究運用以抗性基因為導(dǎo)向的基因組挖掘技術(shù)成功發(fā)現(xiàn)了一種新型天然產(chǎn)物除草劑aspterric acid (AA)，通過靶向植物支鏈氨基酸合成途徑(BCAA)中的二羥酸脫水酶（DHAD)而抑制植物的生長。

該研究首次解析了DHAD全酶的結(jié)構(gòu)，并利用計算化學(xué)闡明了AA與酶活性中心的結(jié)合機制，揭示了新型除草劑產(chǎn)生效能的分子機制。同時，利用產(chǎn)生菌自身的抗性基因，成功構(gòu)建了具有AA耐受性的轉(zhuǎn)基因作物。該工作不僅為挖掘基因組尋找天然產(chǎn)物提供了新的方法和啟示，同時，也為探索農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中開發(fā)新型除草劑提供了范例。