棉籽中抗植物病毒活性先导化合物的发现和结构优化及构效关系研究

Plant virus disease is known as the "cancer of plants", which causes the serious detrimental effects on agriculture and horticulture. cottonseed is the seed of cotton plants in Malvaceae, containing a variety of terpenoid compounds with various bioactivites, the extraction of the cottonseed displayed great inhibiting effect on TMV. On basis of the isolation, purification and identification of natural products from cottonseeds, lead compound will be discovered by the use of bioassays for the antiviral activities against TMV, CMV, PVX, PVY, TuMV, RSV, RBSDV and so on. A total synthesis method of structural diversity will be developed to attain the high active natural product, which will be modified and optimized as the lead structure to synthesize the serious derivatives, furthermore,thes structure-activity relationship of natural products and their derivatives will be studied. The action mechanism of the high active compounds inhibiting plant virus will be investigated according to the modern biological technology.

植物病毒病素有“植物癌症”之称，给农作物生产造成严重危害。棉籽是锦葵科棉属植物棉花的种子，含有多种萜类活性化合物，棉籽的粗提物具有抗烟草花叶病毒活性。本项目将首先分离提取鉴定棉籽中的化学成分，通过研究抗TMV、CMV、PVX、PVY、TuMV、RSV、RBSDV等几种重要植物病毒生物活性来确定其活性分子；发展结构多样性的高活性天然产物合成方法，选择高活性天然产物作为先导结构设计合成衍生物，研究高活性天然产物及其衍生物的化学结构与抗植物病毒活性之间的关系规律；利用分子生物学方法探索高活性化合物抗病毒作用机制。

植物病毒病是农作物的重要病害之一，防治植物病毒病已经成为一个世界性难题。我们从活性氧（ROS）的角度研究了多羟基双萘醛类抗植物病毒药剂棉籽酚的作用机制，棉酚衍生物产生ROS的能力是指产生或H2O2的能力。研究发现棉酚衍生物不能抑制TMV的增殖，而是通过激发植物体内的爆发来使植物获得抗TMV的能力。发展了通用、绿色、高效结构多样性的棉酚衍生物全合成方法，创制了超高活性的多羟基双萘醛类抗植物病毒药剂候选品种NK260。NK260在有效成分用量100克/公顷时对番茄病毒病具有良好的防治效果，优于对照药剂5%氨基寡糖素水剂（350倍液）防治效果。NK260合成简单，所有原料都国产化，总收率很高，具有很好的产业化前景。.基于多羟基双萘醛类抗植物病毒药剂棉籽酚的作用机制，衍生物在水溶液中产生过氧化氢的浓度和抗TMV活性的正相关性以及天然产物溶解性，我们设计合成了系列棉酚氨基酸席夫碱衍生物，抗病毒活性研究结果表明目标棉酚氨基酸席夫碱衍生物具有比病毒唑更好的抗TMV活性，其中化合物3-4、3-6、3-7、3-11和3-19，在100µg/mL的活性都达到了病毒唑500µg/mL的水平。发展了一种有效的以醋酸棉酚为原料拆分得到光学纯棉酚的方法，解决了最终产品中混有色氨酸甲酯杂质的问题。以半棉酚内酯为活性先导，设计合成了苯酞类化合物具有很好的抗病毒活性，如III-2e、III-2i、III-2m均表现出与商品化抗病毒剂相当的抑制活性。对苯酞类化合物内酯环进行进一步的改造，设计合成了香豆素类化合物对烟草花叶病毒均有抑制作用，在500µg/mL浓度条件下，化合物IV-2n活性高于病毒唑。本项目的实施对我国创制自主知识产权高效绿色植物源农药具有重要的理论和现实意义。