中國農大新聞網訊 近日，植物保護學院劉俊峰團隊聯合理學院段紅霞教授在《農業食品化學雜志》（ Journal of Agricultural and Food Chemistry ）發表了題為《靶向海藻糖生物合成途徑的雙特異性抑制劑》（ Dual-Specificity Inhibitor Targets Enzymes of the Trehalose Biosynthesis Pathway ）的研究論文。該研究通過基于結構的虛擬篩選和后續分析驗證，獲得了同時靶向MoTps1和MoTps2-TPP兩個蛋白的小分子抑制劑A1-4。
作物真菌病害嚴重影響著農業生產和食品安全。例如，稻瘟菌引起稻瘟病是水稻產量的持續威脅，灰霉的寄主范圍廣泛、造成的經濟損失難以估計，禾谷鐮孢菌分泌的毒素嚴重威脅著人和動物的健康。目前，化學防治仍是控制作物真菌病害的主要策略之一，但長期施用作用模式單一的殺菌劑造成抗藥性問題日益嚴峻，迫切需要開發新的殺菌劑靶標和高特異性、作用模式新穎的小分子抑制劑。
海藻糖是一種二糖，在病原真菌的致病、能量代謝、脅迫響應、細胞壁穩定性等方面發揮重要作用。海藻糖在動物中不存在，所以其合成酶可作為相對安全的殺菌劑靶標。海藻糖的主要合成途徑涉及海藻糖合成酶（TPS）和海藻糖磷酸酶（TPP）兩種酶，分兩步以葡萄糖為底物合成海藻糖。前期，劉俊峰團隊解析了稻瘟菌Tps1（MoTps1）母體及其底物復合物的晶體結構，為基于結構的化合物篩選奠定了基礎。
該研究首先基于MoTps1的晶體結構，對Maybridge化合物庫進行了虛擬篩選，然后將打分較高的小分子化合物通過表面等離子共振（SPR）進行進一步篩選鑒定，獲得與MoTps1親和力較高的兩個小分子A1-4和A1-11。TPS和TPP都可結合海藻糖的前體海藻糖-6-磷酸，其底物結合口袋具有相似的特征。進一步分析發現，A1-4和A1-11均可與MoTps1和MoTps2-TPP互作；酶活測試表明，A1-4能抑制MoTps1和MoTps2-TPP的活性，而A1-11對MoTps1活性的抑制能力較弱，對MoTps2-TPP的活性則沒有抑制能力；體內活性測試表明，A1-4能地抑制稻瘟菌的生長、致病和附著胞發育，且在25ppm即可殺死孢子，這與ΔMoTps2的稻瘟菌表型一致。
后續氫氘交換質譜（HDX）和突變體分析的結果表明A1-4結合于TPS和TPP的底物結合口袋，這與A1-4能抑制MoTps1和MoTps2-TPP酶活的測試結果一致。此外，A1-4還能抑制灰霉菌和禾谷鐮孢菌的生長和致病，表明該化合物具有廣譜的抑菌活性性。
植物保護學院博士生陳怡彤為論文的第一作者，劉俊峰教授和王冬立副教授為論文的通訊作者。植物保護學院彭友良教授、楊俊教授為稻瘟菌表型測試方面的工作提供了重要支持。本研究虛擬篩選方面工作由理學院段紅霞教授課題組完成，相關小分子化合物的優化結果已合作發表于European Journal of Medicinal Chemistry 期刊。本研究得到了國家重點研發計劃項目、云南省重大科技專項計劃、拼多多-中國農業大學研究基金等項目的支持。新的殺菌劑靶標的發現和特異性小分子抑制劑的篩選是該團隊的主要研究方向之一，上述研究成果是繼2023年在mBio上發表的明確MAPK之一Mps1的成靶性及其抑制劑作用機制之后的又一新進展。
附：相關論文
Chen Y. et al. Dual-specificity inhibitor targets enzymes of trehalose biosynthesis pathway. J Agric Food Chem. 2024, 72, 209?218. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.3c06946
Kong Z. et al. Structure-aided identification of an inhibitor targets Mps1 for the management of plant-pathogenic fungi, mBio, 2023, 14, e0288322. https://journals.asm.org/doi/10.1128/mbio.02883-22
Jiang Z. et al. Discovery of novel isopropanolamine inhibitors against MoTPS1 as potential fungicides with unique mechanisms. Eur J Med Chem 2023, 15, 115755. https://doi.org/10.1016/j.ejmech.2023.115755
Wang S. et al. Crystal structures of Magnaporthe oryzae trehalose-6-phosphate synthase （MoTps1） suggest a model for catalytic process of Tps1. Biochem J. 2019, 476, 3227-3240. https://doi.org/10.1042/BCJ20190289
日期：2024-02-19
作物真菌病害嚴重影響著農業生產和食品安全。例如，稻瘟菌引起稻瘟病是水稻產量的持續威脅，灰霉的寄主范圍廣泛、造成的經濟損失難以估計，禾谷鐮孢菌分泌的毒素嚴重威脅著人和動物的健康。目前，化學防治仍是控制作物真菌病害的主要策略之一，但長期施用作用模式單一的殺菌劑造成抗藥性問題日益嚴峻，迫切需要開發新的殺菌劑靶標和高特異性、作用模式新穎的小分子抑制劑。
海藻糖是一種二糖，在病原真菌的致病、能量代謝、脅迫響應、細胞壁穩定性等方面發揮重要作用。海藻糖在動物中不存在，所以其合成酶可作為相對安全的殺菌劑靶標。海藻糖的主要合成途徑涉及海藻糖合成酶（TPS）和海藻糖磷酸酶（TPP）兩種酶，分兩步以葡萄糖為底物合成海藻糖。前期，劉俊峰團隊解析了稻瘟菌Tps1（MoTps1）母體及其底物復合物的晶體結構，為基于結構的化合物篩選奠定了基礎。
該研究首先基于MoTps1的晶體結構，對Maybridge化合物庫進行了虛擬篩選，然后將打分較高的小分子化合物通過表面等離子共振（SPR）進行進一步篩選鑒定，獲得與MoTps1親和力較高的兩個小分子A1-4和A1-11。TPS和TPP都可結合海藻糖的前體海藻糖-6-磷酸，其底物結合口袋具有相似的特征。進一步分析發現，A1-4和A1-11均可與MoTps1和MoTps2-TPP互作；酶活測試表明，A1-4能抑制MoTps1和MoTps2-TPP的活性，而A1-11對MoTps1活性的抑制能力較弱，對MoTps2-TPP的活性則沒有抑制能力；體內活性測試表明，A1-4能地抑制稻瘟菌的生長、致病和附著胞發育，且在25ppm即可殺死孢子，這與ΔMoTps2的稻瘟菌表型一致。
后續氫氘交換質譜（HDX）和突變體分析的結果表明A1-4結合于TPS和TPP的底物結合口袋，這與A1-4能抑制MoTps1和MoTps2-TPP酶活的測試結果一致。此外，A1-4還能抑制灰霉菌和禾谷鐮孢菌的生長和致病，表明該化合物具有廣譜的抑菌活性性。
植物保護學院博士生陳怡彤為論文的第一作者，劉俊峰教授和王冬立副教授為論文的通訊作者。植物保護學院彭友良教授、楊俊教授為稻瘟菌表型測試方面的工作提供了重要支持。本研究虛擬篩選方面工作由理學院段紅霞教授課題組完成，相關小分子化合物的優化結果已合作發表于European Journal of Medicinal Chemistry 期刊。本研究得到了國家重點研發計劃項目、云南省重大科技專項計劃、拼多多-中國農業大學研究基金等項目的支持。新的殺菌劑靶標的發現和特異性小分子抑制劑的篩選是該團隊的主要研究方向之一，上述研究成果是繼2023年在mBio上發表的明確MAPK之一Mps1的成靶性及其抑制劑作用機制之后的又一新進展。
附：相關論文
Chen Y. et al. Dual-specificity inhibitor targets enzymes of trehalose biosynthesis pathway. J Agric Food Chem. 2024, 72, 209?218. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.3c06946
Kong Z. et al. Structure-aided identification of an inhibitor targets Mps1 for the management of plant-pathogenic fungi, mBio, 2023, 14, e0288322. https://journals.asm.org/doi/10.1128/mbio.02883-22
Jiang Z. et al. Discovery of novel isopropanolamine inhibitors against MoTPS1 as potential fungicides with unique mechanisms. Eur J Med Chem 2023, 15, 115755. https://doi.org/10.1016/j.ejmech.2023.115755
Wang S. et al. Crystal structures of Magnaporthe oryzae trehalose-6-phosphate synthase （MoTps1） suggest a model for catalytic process of Tps1. Biochem J. 2019, 476, 3227-3240. https://doi.org/10.1042/BCJ20190289
日期：2024-02-19
