從上世紀七十年代起，人們就陸續開發了能抑制幾丁質合成的活性小分子化合物，這些化合物作為殺菌劑和殺蟲劑已經表現出極大的應用和市場前景。例如，1976年拜耳公司發現的尼克黴素對馬鈴薯疫黴、同絲水黴、煙曲黴等多種農業病原菌表現出良好的殺菌活性，並且作為人用的抗真菌藥物已經進入II 期臨床試驗。1978年人工合成的苯甲醯脲類化合物可以有效阻止昆蟲的幾丁質合成，目前該類化合物農藥占據殺蟲劑市場的3%，年銷售達到4.41億美元。
然而在過去的50年中，儘管全球各國投入了大量的人力、物力和熱情，試圖研發出更多種類和更加高效的靶向幾丁質合成酶的綠色農藥，但始終進展緩慢。其中一個重要原因是缺乏準確的幾丁質合成酶的三維結構信息，幾丁質合成酶的結構－功能關係不明確，嚴重阻礙了針對該酶設計新的農藥品種。
從原子水平認識幾丁質生物合成過程
楊青教授團隊長期致力於幾丁質生物學研究，在幾丁質合成、水解和修飾方面具有豐厚的積累。本項成果選取了大豆疫黴菌（Phytophthora sojae）的幾丁質合成酶PsChs1為研究對象。大豆疫黴是引起大豆根莖腐爛的主要病原體，每年造成超過10億美元的經濟損失。基因敲除PsChs1會損害菌絲體生長、孢子囊產生和游動孢子釋放，從而極大降低大豆疫黴的毒力。因此，PsChs1不僅可以作為良好的殺菌劑靶標，也可以作為幾丁質合成酶研究的一個模型。
楊青團隊通過前沿生物學技術包括冷凍電鏡、掃描電鏡、X射線衍射等，解析了4個不同催化反應狀態PsChs1的三維結構，揭示了幾丁質合成酶實現幾丁質生物合成的三個重要過程：首先，幾丁質合成酶將供體底物上的糖基轉移到受體幾丁質糖鏈上；接著，新生成的幾丁質糖鏈通過細胞膜上的“跨膜轉運”通道釋放到細胞外；最後，釋放的幾丁質鏈自發組裝成幾丁質納米纖維。這是第一次從原子水平上向人們展示了一個有方向性的、多步驟偶聯的幾丁質生物合成過程。
進一步，該團隊還探明了幾丁質合成酶與活性小分子尼克黴素結合的模式，解釋了尼克黴素抑制幾丁質生物合成的機制。
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