从作物安全到益虫友好：Biacore赋能绿色农药创新之路

随着全球人口增长对粮食需求的不断提高，农业对农药的依赖持续增强，但传统农药的不当使用导致了日益严重的抗药性问题。开发具有全新作用机制的新型靶点和更绿色的化学分子成为实现可持续农业生产的创新策略之一。

为解决这一问题，农业研究者们提出了多种创新思路，本期我们将带大家逐一解析。

2026年1月，南开大学的研究人员利用比较基因组学，通过物种间进化上保守的蛋白质结构域设计了针对靶点Phytoene Synthase （PSY）和Squalene Synthase（erg9）的新型双靶点抑制剂，并在国际期刊Plant Biotechnol J.上发表题为 “A Novel Dual-Target Compound Designed With Potent Herbicidal and Fungicidal Activity Inspired by Conserved Phytoene Synthase Domains” 的研究论文，首次报道了具有明确除草和杀菌双重活性的化合物。

类胡萝卜素生物合成途径在植物中起着至关重要的作用，而在动物中则不存在，并且抑制该途径会导致易于观察的白化表型产生。基于这一背景，植物类胡萝卜素生物合成的关键限速酶Phytoene Synthase （PSY）以及通过对不同物种中PSY同源物的多序列比对而发现的真菌蛋白Squalene Synthase (erg9)两个靶点成为了有可能被开发为绿色农药的靶点。

因此，研究人员试图找到一种候选的双靶点先导化合物以进行结构优化。基于分子对接，研究人员对一个包含210,000种化合物的库进行了高通量虚拟筛选，以确定其对拟南芥PSY（AtPSY）结构的活性。通过分子质量、脂水分配系数、结合亲和力和结构特征的连续筛选，候选化合物被缩小至43种。随后基于药效基团分析和结构的设计最终选择了1a作为先导化合物（图1左）并使用Biacore确认了1a与AtPSY的亲和力（KD）为132.7 µM（图1右）。

2026年1月，中国农业大学的研究人员在Pestic Biochem Physiol 发表题为“Virtual screening and activity evaluation of novel ecdysone analogues targeting overlapping binding pockets in Lepidoptera ecdysone receptor”的研究论文，为开发高效、安全、低抗性的昆虫生长调节剂（IGRs）提供了全新的思路。

研究人员基于4种Lepidoptera EcR/USP晶体结构，从20万个化合物的库中开展多层次虚拟筛选。通过药效团过滤、农药类药性筛选以及分子对接等步骤，最终获得13个结构多样的候选化合物（如图3）。

为了验证筛选的结果，研究人员基于Biacore首次建立小菜蛾PxEcR/USP-LBD结合活性评价体系评估检测了这些小分子与 EcR/USP-LBD 的真实结合能力。结果表明：

其中5个化合物（VS‑13, VS‑16, VS‑17, VS‑18, VS‑19）表现突出，其响应值（如图4）以及亲和力（如图5）均达到或优于商业杀虫剂甲氧虫酰肼（Methoxyfenozide）。其中 VS‑13的亲和力为0.2 μM，与天然配体PonA（0.1 μM） 相近，表现出极强受体结合能力。

此外，分子对接结果表明， 5个关键氨基酸（Asn503、Tyr407、Thr342、Trp525、Met379）在稳定结合中的重要作用。这意味着未来研发者可以更高效地锁定新型结构骨架，突破传统双酰肼类杀虫剂的限制，为绿色植保提供更多可能。

2025年1月，中国农业科学院的研究人员为更好地保护维持生态系统稳定与农业生产的重要授粉者——蜜蜂，深入解析了新烟碱类杀虫剂对蜜蜂影响的分子机制，在Ecotoxicol Environ Saf.发表题为“Molecular mechanisms of cis-oxygen bridge neonicotinoids to Apis mellifera Linnaeus chemosensory protein: Surface plasmon resonance, multiple spectroscopy techniques, and molecular modeling”的研究论文，从分子层面加深了对新烟碱类农药对蜜蜂潜在影响的理解，为开发对授粉昆虫更友好、环境风险更低的新型杀虫剂提供理论基础，也为农药风险评估体系提供可量化指标与新技术路径。

 

由于化学感受蛋白3（CSP3）在蜜蜂的嗅觉系统中起着至关重要的作用，研究人员首先利用Biacore检测了CSP3与两种具有顺式氧桥杂环结构的新烟碱类化合物（NCHS）：

Cycloxaprid（图6左）和IPP250S10（图6右）的亲和力，其亲和力分别为1.81×10⁻⁴  M 和8.96×10⁻⁵  M。研究人员不仅从Biacore检测亲和力的结果发现两种 NCHS 化合物均能直接与CSP3结合，而且还可以从解离曲线看出Cycloxaprid对CSP3的影响方面明显低于IPP250S10和其他新烟碱类化合物，这可能使其成为对蜜蜂更安全的选择。同时该研究还强调了SPR技术在检测亚致死剂量的新烟碱类杀虫剂浓度与蜜蜂化学感知蛋白之间相互作用方面的适用性、灵敏度和检测效率。

从作物安全到益虫友好，绿色农药的创新正迈向以分子机制为核心的精准时代。在这条探索路径中，Biacore将传统农药研发从“试试看”推进到“看得见”的分子层级验证，让每一次分子筛选都有依据、每一步结构优化都有方向。

期待Biacore与科研人员并肩，更快、更精准地找到更稳定、更安全的先导化合物。让绿色农药的创新道路更加清晰，也让生态与农业的双重安全变得触手可及。