基于D1蛋白受体结构的杂环PSII电子传递抑制剂的分子设计和作用机制研究

我们利用计算机分子模拟研究发现了杂环甲胺基氰基丙烯酸酯PSII电子传递抑制剂与D1蛋白受体结合时，疏水性基团杂环与受体D1蛋白的亲脂性口袋存在文献报道的范德华相互作用外，还存在氢键作用，同时确定了该类化合物与蛋白的其他结合位点；三维定量构效关系表明杂环对位有大的电负性取代基可提高活性。因此本课题基于以上研究结果设计了新的含杂环的氰基丙烯酸酯化合物预期得到更高活性的抑制剂分子。本课题还将继续利用分子模拟方法研究杂环三嗪类、链格孢菌毒素类分子与D1蛋白的结合模式，确定作用位点，并基于作用位点优化该类PSII电子传递抑制剂结构，期望发现对环境友好的新颖高效低毒高选择性的除草剂。

本项目利用氰基丙烯酸酯类PSII电子传递抑制剂与光合反应中心靶标D1蛋白的结合模式设计并合成了3-取代-5-异噁唑甲胺基氰基丙烯酸酯化合物，发现该类化合物对油菜等十字花科类杂草表现出较好的除草活性，当浓度降至5克/亩时，其中一个化合物对油菜仍能保持100%的抑制率，其活性高于NK-9717。与世界第一大植物保护公司先正达公司合作对该类化合物进行了除草活性深入筛选和除草机制的验证。. 在同样的结合模式的基础上，将杂环甲基引入PSII电子传递抑制剂三嗪类化合物，发现目标化合物对双子叶植物的活性明显高于单子叶植物。对具有PSII电子传递抑制作用的链格孢菌毒素类化合物的3-位取代基进行优化，合成了3-氰基、3-磺酰基、3-酰胺、3-酰肼等衍生物，发现3-位的氢给体的存在与否对除草活性有直接影响。结合3-取代氨基-2-氰基丙烯酸酯类化合物的结构特点设计合成了一系列4-氨基取代的链格孢菌毒素类衍生物，研究显示该类化合物只表现出弱的除草活性。. 对链格孢菌毒素的吡咯啉酮结构扩环，合成了哌啶酮类化合物，并对1-位和3-位取代基进行优化，研究显示3-位为拉电子的苯甲酰基能够很大程度上促进除草活性的增强。一化合物在3.125克/亩剂量下对油菜仍表现出93%茎叶处理除草活性，并表现明显叶片白化作用，已送先正达公司进行活性和机制的深入筛选。. 结合具有除草活性的天然产物结构特点，对4-羟基-2-喹啉酮类化合物的3-乙酰基进行衍生得到3-位亚胺类化合物，并对亚胺的碳和氮上的取代基进行了细致的优化。研究发现碳上取代基体积越小越好，以甲基最佳；氮上的取代基要求疏水性基团，叔丁基和苄基较好。多个化合物表现较高的除草活性，并表现对茎叶处理的选择性。通过Hill反应测定证实该类化合物为新型的PSII电子传递抑制剂。计算机辅助对接模型揭示了该类抑制剂分子与D1蛋白的结合模式，对后期的新化合物优化设计起到了至关重要的作用。. 总之，该项目在电子传递抑制剂和靶标D1蛋白结合模式基础上开发了多系列新颖PSII电子传递抑制剂，研究了各个系列化合物结构与除草活性的影响，发现一批具有较好除草活性的新分子和新骨架，为发现新颖高效低毒高选择性的除草剂奠定了良好基础。