研究内容

理论研究：通过基因组学、转录组学以及蛋白质组学，发现昆虫及其它物种中参与几丁质代谢相关蛋白；采用分子生物学，生物化学及生物物理学的研究方法，在纳米尺度揭示相关蛋白的生物学功能及作用机制。

实际应用：以功能重要的几丁质代谢相关蛋白为靶标，开发以dsRNA或蛋白质为毒力分子的生物农药；利用关键蛋白质实现几丁质资源的综合利用。

代表性成果

1. 通过组学发现几丁质代谢相关蛋白作为新的潜在靶标

通过对昆虫表皮转录组，蜕皮液和中肠消化液蛋白质组学研究。发现2种几丁质合酶、4种几丁质酶、4种几丁质外切水解酶、6种几丁质脱乙酰基酶、6种几丁质结合蛋白CPAP3，4种几丁质裂解酶参与几丁质代谢。为阐明昆虫蜕皮过程中表皮几丁质水解的机制（J Proteome Res，2014），昆虫消化道不同部位的功能分化提供重要依据（Insect Mol Biol，2018）。进一步，揭示了CPAP3家族几丁质结合蛋白的功能，首次鉴定出一种特异性结合脱乙酰基几丁质的结合蛋白CPAP3-D1（Insect Mol Biol，2017）。

2. 发现几丁质合酶（CHS）新的基因剪切机制

几丁质合酶是几丁质合成过程中的关键酶，通过分子生物学手段发现了几丁质合酶新的基因剪切位点，揭示了几丁质合酶通过可变剪切能够产生4种不同的转录产物，并利用RNA干扰证明它们对于昆虫的生长发育至关重要，为揭示昆虫几丁质合酶如何通过单基因实现多功能的分子机制提供了新的线索，为害虫防治提供新的靶标位点（Insect Biochem Mol Biol，2011；Insect Mol Biol，2012）。

3. 几丁质降解酶的功能及协同机制

几丁质水解酶包括几丁质二糖水解酶（Hex）、几丁质酶（Cht）和裂解性多糖单加氧酶（LPMO），它们共同参与几丁质的降解。

昆虫中存在4种不同的几丁质二糖水解酶。通过研究发现这4种二糖水解酶具有不同的功能。其中Hex1参与几丁质的水解，可以作为潜在的农药靶标；Hex2参与糖蛋白的水解；Hex3辅助Hex1实现几丁质的水解，Hex4参与糖基化修饰，明确了不同家族几丁质二糖酶的生理功能（Int J Biol Sci, 2012；Arch Insect Biochem Physiol，2013；PLoS ONE，2014）。

几丁质酶主要将几丁质水解为几丁质二糖，在昆虫中存在多个家族，其中内切几丁质酶ChtI，ChtII和外切几丁质酶Chi-h参与表皮几丁质的降解。ChtII具有复杂的多结构域组成，研究发现ChtII具有内切几丁质酶的性质，能够将难降解的晶态几丁质水解产成蓬松的结构，帮助其它几丁质酶实现几丁质的快速高效水解（J Biol Chem，2018；Insect Science，2021）。进一步利用高速原子力显微镜，在单分子水平上揭示了Chi-h具有进程性，其进程性水解的启动过程是限速步骤。ChtI和ChtII通过显著提高Chi-h在几丁质纤维上的进程性以及结合量实现内切几丁质酶-外切几丁质酶之间的协同作用（ACS Catal，2020）。

LPMO是近年来在微生物中发现的参与几丁质降解的一类新酶，昆虫中是否具有类似的酶，其功能如何？申请人通过大数据分析发现昆虫中存在多种LPMO，并通过RNAi揭示两种不同LPMO15基因15-1和15-3在蝗虫发育过程的关键作用，他们分别参与昆虫表皮，中肠围食膜中几丁质的代谢。LPMO15为几丁质降解过程最后一块拼图，该发现革新了人们对于昆虫几丁质降解体系的认识（Communications Biology，2022；Insect Science，2022）。相关成果阐明新靶标昆虫LPMO15家族基因参与几丁质降解的分子机制，为将其开发为绿色农药靶标提供关键科学证据。