氨基酸介导下申嗪霉素在植物韧皮部传导性研究

Shenqinmycin is a novel broad-spectrum effective biological fungicide. But in practice, limited by its acropetal mobility in plant seedlings, when applied to control the soil-borne diseases, it can only be applied in soil, leading to high cost, unsteady effect and enormous environmental stress. The primary goal of this study is to improve the translocation of shenqinmycin in plant phloem, and put forward a novel ideal to enhance the transloction of Shenqinmycin in plant phloem via endogenous amino acids transporters. In this study, the conjugates of amino acid-Shenqinmycin will be synthesized with different kinds, different optical activities amino acids and different binding sites, and the fungicidal activities of the conjugates will be bioassayed. The translocation in castor bean plant phloem and distribution in plant seedlings of the conjugates will be detected. The relationship between the conjugates structures and their translocation in plant phloem will be researched by the analysis of QSAR, to establish a structural model of the conjugetes which are suitable to mobile in phloem mediated by amino acid. The dynamic equation which the conjugates penetrate into the suspension cultured plant cells will be analysed, and the energy demand of the compounds entering into the cell will be researched by energy blocking-up technology. The type of the transporters which carry the conjugates into cells will be predicted by the means of the amino acids competition, the translocation mechanism will be explored preliminarily. This study will provide a novel ideal of the Shenqinmycin structure modification and new pesticide molecular optimization design.

申嗪霉素是一种新型的广谱高效微生物源杀菌剂，但由于只能顶向传导，在防治土传病害时只能用作土壤施药，使用成本高、药效不稳、环境压力大。本研究以改善申嗪霉素传导性为目标，提出利用植物自身氨基酸的转运载体介导实现申嗪霉素在韧皮部的传导新思路。通过申嗪霉素与不同种类、不同构象的氨基酸按照不同结合部位合成氨基酸-申嗪霉素耦合物，并进行生物活性测定；试验其在蓖麻韧皮部的传导性及在植株上的分布，利用结构活性关系分析方法研究耦合物结构与传导性的关系，建立氨基酸介导下申嗪霉素耦合物适宜在植物韧皮部传导的结构模型；通过测定耦合物进入悬浮培养的植物细胞的速率建立耦合物进入植物细胞的动力学方程，并试验耦合物进入细胞过程中能量的需求，利用竞争法预测耦合物进入植物细胞的载体种类，初步探索其传导的机理。该研究通过氨基酸的介导实现申嗪霉素韧皮部的传导性，为申嗪霉素等生物农药的结构改造、甚至新农药的分子设计提供新的思路。

申嗪霉素是一种微生物源广谱性杀菌剂，但由于不能通过植物韧皮部向下传导，导致使用受到限制。本项目在合成163个申嗪霉素衍生物的基础上，试验了所合成的新化合物对6种主要作物病原菌的室内杀菌活性，并以申嗪霉素-氨基酸耦合物为主要研究对象，系统研究了其在蓖麻幼苗植株中的传导性，发现大多数申嗪霉素-L-氨基酸耦合物具有韧皮部传导性，其中申嗪霉素-L-缬氨酸具有最好的传导性，并且在室内具有与申嗪霉素相近的杀菌活性。系统研究了申嗪霉素-L-缬氨酸耦合物在烟草和小麦植株中的传导特点和系统分布，并试验了该化合物对烟草黑胫病的盆栽防效，发现该化合物能通过喷雾防治烟草黑胫病防效达到80%以上，与申嗪霉素灌根处理相当，具有实际应用的前景。在小麦植株上的传导性试验表明，该耦合物不仅能在小麦植株上从叶部向根部传导，而且还能从主茎向分蘖株传导。.在传导性与结构的关系方面，研究了不同氨基酸的种类、构型和耦合位点与传导性的关系，发现L-型缬氨酸、异亮氨酸与申嗪霉素形成的耦合物传导性最好，所有L-型氨基酸耦合物传导性优于D-型氨基酸耦合物，在申嗪霉素吩嗪环7-号位衍生出缬氨酸耦合物在蓖麻幼苗韧皮部渗出液比羧基上耦合形成的缬氨酸衍生物高10倍。.在传导机理方面，发现申嗪霉素-氨基酸耦合物能在植物韧皮部传导一方面是因为耦合物具有较优的油水分配系数和合适的电离常数，利于穿透植物表皮蜡质层，更主要的是在韧皮部传导过程中利用了位于植物细胞膜上的氨基酸转运载体。其中，参与申嗪霉素-缬氨酸的传导过程的转运载体主要受到TaAAP15-5B、TaANT6-6D、TaVAAT13-6D基因的调控。.项目执行过程中，发表研究论文25篇，其中SCI收录16篇。培养研究生5名，授权发明专利4项。承办学术会议2次，参与学术会议15人次。