基于马铃薯晚疫病调控的新型糖苷类衍生物的合成与作用机制研究

Potato late blight is an important disease caused by Phytophthora infestans in the main potato producing areas around the world. This disease has several characteristics with a wide range of occurrence, fast epidemic and severe damage, the prevention and control has become a difficult problem around the world. Basing on the importance and challenges of this subject, we synthesize a serial of novel glycosides derivatives containing 1,3,4-thiadiazole and amides moiety, and their structures are characterized by NMR, IR, MS, elemental analysis. The antibacterial activities against Phytophthora infestans (Mont.) de Bary in vitro are evaluated sequencely using mycelial growth rate methods. Then the structure-activity relationships of the title compounds are studied by means of three-dimensional quantitative structure-activity relationship (3D-QSAR) to design and synthesize title compounds with higher activity. And finally, by means of chemical biology and molecular biology, proteomics, bioinformatics, RT-qPCR and Western blot, we try to find out and verify the key pathway and key target protein, and explore the antibacterial mechanism, which lays foundation for the research and development of fungicides against potato late blight.

马铃薯晚疫病是一种由致病疫霉引起的、分布于世界各马铃薯主产区的主要病害，具有发生范围广、流行速度快、危害严重的特点，其防控已成为一个世界性难题。基于其防控的重要性和挑战性，本课题设计合成新型含1,3,4-噻二唑及酰胺结构的糖苷类衍生物，采用NMR、IR、MS和元素分析等方法对其结构进行表征，并测试目标化合物对马铃薯晚疫病菌的离体抑菌活性。进一步采用3D-QSAR等方法对其构效关系进行研究，设计合成具有更高活性的化合物。通过化学生物学和分子生物学、蛋白组学、生物信息学、RT-qPCR和Western blot等方法和技术，寻找并验证关键通路及关键靶标蛋白，初步阐明高活性化合物的抑菌机制，从而为防控马铃薯晚疫病的杀菌剂的研究与开发奠定基础。

植物病害是制约农作物安全生产的主要因素之一，病害的发生不仅影响农作物的产量，还严重影响农作物的品质。同时，由于长时间不合理使用杀菌剂，使得病原物对杀菌剂的抗性日趋严重，且对非靶标生物造成了一定影响，还给环境造成了巨大压力。因此，创制新型、高效、作用机制独特的绿色杀菌剂已成为农药研究领域的重点研究方向之一。.五元六元含氮杂环化合物不仅具有杀菌、除草、杀虫及抗病毒等生物活性，还具有高效、作用方式独特、对人类低毒和对环境友好等优点。此外，糖苷类化合物是植物体内的二级代谢产物，广泛存在于植物体中。研究表明，糖苷类化合物不仅具有抗菌、抗肿瘤和抗氧化等活性，在生物识别过程中还起着重要作用。因此，糖苷类化合物一直是研究热点之一。.为寻找具有更高杀菌活性的含氮杂环的糖苷衍生物，基于前期的工作基础，本项目将葡萄糖或半乳糖和五元、六元杂环结构酰胺结构进行拼接，设计合成6个系列的五元、六元杂环结构酰胺类的糖苷衍生物，所有目标化合物的结构经1H NMR、13C NMR和HRMS等手段进行了表征，并开展生物活性测试、定量构效关系研究及高活性化合物的初步作用机制初步研究。结果表明：目标化合物对小麦赤霉病菌(Gibberella zeae)、对马铃薯晚疫病菌(Phytophthora infestans)、水稻纹枯病菌(Thanatephorus cucumeris)、葡萄座腔病菌(Botryosphaeria dothidea)、拟茎点霉菌(Phompsis sp)等真菌具有抑制活性，其中部分化合物Ⅰ9、Ⅰ16、Ⅰ17、ⅠⅠ9、ⅠⅠ13、ⅠⅠ15、ⅠⅠ16、ⅠⅠⅠ15、ⅠⅠⅠ16、ⅠⅠⅠ18、Ⅳ15、Ⅳ18、Ⅳ20、Ⅳ21、Ⅴ15、Ⅴ18、Ⅴ21、Ⅵ12和Ⅵ17对马铃薯晚疫病菌具有较好的活性；在浓度为200和100 μg/mL的条件下，大部分目标化合物水稻白叶枯菌和柑橘溃疡病菌都具有一定的抑制活性；目标化合物还具有一定的抗癌活性，其中目标化合物Ⅳ1、Ⅳ2和Ⅳ3对人肝癌细胞具有较好的抑制活性。此外，对含1,3,4-噻二唑半乳糖衍生物进行了三维定量构效关系 (3D-QSAR) 分析，发现构建的CoMFA和CoMSIA模型具有好的预测能力。最后，还发现高活性化合物Ⅳ20扰乱了马铃薯晚疫菌菌丝菌的正常生长，同时造成了菌丝体在形态上的“细密化”。这些结果为深入开发研究该类化合物的奠定了坚实的基础