针对P197L和W574L两种突变型AHAS的反抗性除草剂的设计与合成

Acetohydroxyacid synthase（AHAS） recently has received much interest since it was found to be the target of several classes of modern and potent herbicides. Due to a long time repeatedly use, there are so many reports about the resistance for AHAS that it becoming an important factor affecting further development of AHAS-inhibiting herbicides.Therefore, the design and synthesis of new anti-resistance herbicides has great significance. Therefore, the interactions between various herbicides and wild type and W574L、P197L mutant AHAS will be investigated systematically, using the combination of the techniques of organize synthesis, molecular biology and molecular modeling.As a result, the rules of interactions between wild type AHAS, W574L mutant AHAS, P197L mutant AHAS and various herbicides will be summarized to understand the basis of drug resistance, thus we’ll propose the mechanism of resistance and then design new potential AHAS-inhibiting herbicides. The project will not only lay a foundation of further development of new anti-resistance herbicides, but also provide a reference for other drugs were plagued by the multi class resistance inhibitors design.

乙酰羟酸合成酶（AHAS）抑制剂因其超高效、低毒、环境友好等优点是目前应用最为广泛的除草剂之一。但是多年来长期反复地使用，其抗性问题表现得十分严重，并成为制约其发展的瓶颈。因此，设计合成具有反抗性的AHAS抑制剂具有十分重要的意义。本项目将有机合成技术、分子生物学技术以及分子模拟技术进行有机结合，在前期工作的基础上，深入研究不同结构类型抑制剂分子与拟南芥野生型AHAS及W574L、P197L突变型AHAS相互作用机制的异同，系统地研究多抗性位点AHAS的抗性分子机制，并指导设计合成对拟南芥野生型AHAS及W574、P197 突变型AHAS都具有较高抑制活性的新型抑制剂分子。该项研究旨在寻找基于双高抗位点设计的反抗性抑制剂的同时，还可以为进一步基于更多潜在抗性位点设计多类反抗性抑制剂奠定理论和实验基础。

AHAS是一类重要的除草剂靶标，其相关除草剂因具有超高效、广谱、环境友好以及对人畜高度安全等众多优点，一直是农药领域中的重要研究对象。近些年来，AHAS除草剂面临着极为严重的杂草抗性困扰，特别是靶标突变引起的杂草抗性使得现有AHAS除草剂无法在田间进行有效杂草防控。本项目的实施致力于为克服AHAS除草剂靶标突变抗性提出解决方案，创制具有全新作用机制的新型反抗性AHAS抑制剂。在深入总结AHAS抑制剂与靶标作用机制和相关杂草抗性分子机制基础之上，本项目开展了针对P197L和W574L两个高抗突变体具有多重反抗性的抑制剂活性分子设计研究工作。基于本课题组自行开发的“基于药效团连接碎片的虚拟筛选（PFVS）”技术以及相关服务器ACFIS平台，分阶段、多层次地开展了分子设计与优化，共计合成了三个系列共127个具有构象柔性的新型嘧啶水杨酸类衍生物，从中发现了多个对野生型、P197L和W574L突变型AHAS均具有亚微摩尔抑制活性的AHAS抑制剂，这也是首次获得针对两个高抗突变体同时具有双重反抗性的高活性分子。与此同时，在除草活性评价中筛选出多个对敏感型和抗性生物型（P197L-AHAS）杂草播娘蒿具有高防效的候选化合物，甚至在低浓度下与目前抗性程度最低的双草醚表现出相当的除草活性。综合而言，本项目在分子层面上解决了由于P197L和W574L单点突变所致的抗性问题；在活体水平上也同样筛选到若干个具有应用前景的反抗性先导化合物，对后续更深入的反抗性AHAS抑制剂设计工作的开展具有指导和借鉴意义，同时也为AHAS除草剂使用寿命的延缓和其抗性问题的最终解决打下坚实基础。