胡桃楸中酚氧化酶活性相关物质网络及植物体内动态规律研究

Juglans mandshurica belongs to the genus of Juglans, which is similar to Juglans regia and is used as folk pesticide. Our previous study showed that the extract of Juglans mandshurica and its phenolic fraction possess toxic effect against Pieris rapae. Since the insect toxic constituents system is unclear for Juglans mandshurica, current research is focused on the phenolic constituents with phenoloxidase inhibitory and activating effects, their bioactivity interaction and translation process in plants using metabonomics theory and NMR analysis method. After clarifying the active material basis, we plan to carry out the QSAR research on the basis of phenoloxidase inhibitory or activating data from derivatives of active structures. On the basis of current research, the theory of biopesticide and plant metabonomics will be enriched. With the help of the new methodology from our work, the bottleneck of plant origin insecticide research will also be resolved.

胡桃楸（Juglans mandshurica）为核桃（Juglans regia）同属植物，富含酚类化合物，有关其杀虫活性物质基础及作用模式研究报道较少。本项目以昆虫生理功能及免疫系统重要酶- - 酚氧化酶为活性研究靶点，基于代谢组学原理整合NMR分析技术的快速、信息全面优势，对前期研究已经证明具有抗虫活性的胡桃楸酚类物质的酚氧化酶抑制活性物质基础、作用模式网络及其在植物体内的动态变化规律（植物不同生长时期及不同健康状态）进行系统研究。在明确活性相关化学成分基础上，以化学合成手段得到的活性结构衍生物为模板，结合酚氧化酶抑制活性数据，利用计算化学方法和软件，总结其活性定量构效关系。通过本项目的研究不仅能够丰富生物农药及植物代谢组学研究理论，亦为植物源杀虫剂的创新性研究与开发提供了全新的方法学依据，有望突破植物源杀虫活性化合物大量报道但效果明显物质及成熟产品稀少的研究瓶颈。

酚氧化酶（phenoloxidase）参与昆虫先天免疫反应，在昆虫体内具有重要生理功能。天然植物中含有抑制昆虫酚氧化酶作用的活性物质，通过抑酶活性，有可能干扰昆虫正常的蜕皮及生长过程。胡桃楸（Juglans mandshurica）在我国北方广泛分布，病害较少。本项目借助代谢组学数据挖掘方法，通过化学、生物学及构效关系研究，阐明了胡桃楸不同部位与昆虫酚氧化酶活性相关的物质网络。.（1）从胡桃楸不同部位（青龙衣、树枝及树叶）分离鉴定了50种化学成分，其中1个为未见文献报道的新化合物（3, 4-二氢-8-羟基-4-丁氧基, 1(2H)-萘酮），11个为胡桃属首次发现，丰富了该植物化学成分的数据。.（2）阐明了胡桃楸中常见化学成分酚氧化酶关联活性及构效关系，验证了相关物质对棉蚜虫（Aphis gossypii）、棉铃虫（Helicoverpa armigera）、菜青虫（Pieris rapae）、小菜蛾（Plutella xylostella）的杀虫活性；以酚氧化酶为分离靶标，得到了具有较高抑酶活性的化合物——胡桃醌（juglone），经昆虫在体活性验证，其具有较好的杀虫活性。在此基础上，阐明了胡桃醌干扰棉蚜虫生理生化过程的网络机制。.（3）借助代谢组学研究方法，以UPLC-MS分析为基础，对青龙衣中具有显著抑制昆虫酚氧化酶的化学物质网络进行了系统发掘，借助PLS分析筛选出13种与酚氧化酶抑制活性密切相关的差异代谢物，主要为萘醌、萘酮和芳香类物质。.（4）发现并验证了胡桃楸叶对虫体提取的酚氧化酶具有明显的激活作用，且显示激活作用的提取物亦对昆虫具有一定杀虫作用。经UPLC-MS分析和PLS数据发掘，筛选出19种与酚氧化酶激活作用密切相关的差异代谢物，其中9种萘醌类成分、2种黄酮及苷类、1种酯类、6种其他化合物。这一发现提出了过度激活酚氧化酶亦可能干扰昆虫正常生理功能进而抑制或杀灭农业害虫的假设，拓展了酚氧化酶与植物源农药的研究。.经以上研究，证明了酚氧化酶可以成为发现植物源农药研究的靶点，以所发掘的活性物质为基础，即可将某种单体化合物作为先导物进行作用机制或植物源农药的研究、开发，亦可将一类物质作为整体进行系统研究，为植物源农药相关研究提供理论基础和实践经验。