靶向稻瘟菌海藻糖-6-磷酸合成酶——具有新颖杀菌机制的含异丙醇胺片段化合物的筛选与发现

稻瘟病是由稻瘟菌(Maganaporthe oryzae)侵染水稻引biotin protein ligase起的毁灭性病害。当前,杀菌剂的抗性问题和生态安全问题严重阻碍了稻瘟病的有效防控。基于全新靶标筛选和发现具有新颖作用机制的杀菌剂候选物可有力解决上述问题。海藻糖-6-磷酸合成酶不仅是稻瘟菌体内海藻糖生物合成的关键酶,还是调控稻瘟菌侵染的重要功能蛋白,加之该酶不存在于脊椎动物体内。因此,稻瘟菌海藻糖-6-磷酸合成酶(Mo’TPS1)可作为开发新型杀菌剂的潜在靶标。为更加精准和直接地筛选抑制剂,本研究首先建立了一种使用离子对色谱的方法用于本研究测定MoTPS1的活性。随MK-4827研究购买后,本研究以MoTPS1为靶标,通过虚拟筛选、表面等离子共振(SPR)技术和新建立的酶活测试方法,发现了一个含异丙醇胺片段的化合物VS-10,该化合物不仅对MoTPS1的亲和力高于底物尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG)的亲和力(VS-10和UDPG的K_D值分别为0.026mmol/L和0.326 mmol/L),还对MoTPS1具有一定抑制活性(IC_(50)值为0.245 mmol/L),表明VS-10可作为先导化合物值得深入研究。因此,对VS-10的结构进行初步优化,设计并合成38个含有异丙醇胺片段的类似物。通过酶活实验和叶片接种实验,发现上述类似物中化合物IA-07不仅对MoTPS1表现出最佳的抑制活性,而且可在10 mg/L浓度下显著抑制稻瘟菌的致病力。进一步通过分子对接、分子动力学模拟和MM-GBSA揭示了异丙醇胺桥链部分是化合物VS-10和IA-07结构中最重要的药效片段,该部分与MoTPS1中UDPG结合腔附近的Glu396残基形成的氢键和离子键等极性相互作用对二者结合自由能的贡献最大。本研究还通过多种表型实验初步表明化合物IA-07具有不同于三环唑等其他商品化杀菌剂的新颖作用机制,即化合物IA-07可通Captisol采购过使部分分生孢子直接死亡、降低产孢量和附着胞内的膨压以阻碍稻瘟菌侵染寄主。这一研究将为基于MoTPS1筛选、设计和发现用于防治稻瘟菌的具有新颖作用机制的杀菌剂候选物奠定基础。