中国农科院烟草所从烟草内生真菌中发现系列具有除草活性的新颖吡啶酮和呋喃酮衍生物

在农业生产中，杂草防控始终是保障作物产量的关键环节。然而，化学除草剂的长期使用导致抗药性及环境问题日益突出。真菌是天然除草活性化合物的主要生产者，有望从中开发出新型天然产物除草剂。吡喃酮/吡啶酮类化合物因其结构多样和优秀的生物活性备受关注。天然存在的吡喃酮和吡喃酮框架已被发现具有良好的生物活性，包括抗细菌、抗真菌、细胞毒性和除草特性，这些特性使它们成为开发药物和农用化学品的潜在化合物模板。

近期，中国农科院烟草所研究团队成功从烟草内生真菌中挖掘到9个结构新颖的himeic acid衍生物，并发现化合物7具有显著除草活性，为绿色除草剂研发提供了先导化合物。并在Journal of Agricultural and Food Chemistry期刊上发表了题为LC-MS/MS-Guided Discovery of Herbicidal Himeic Acid Derivatives from the Nicotiana tabacum-Derived Fungus Aspergillus japonicus 334的研究论文。

研究团队对Aspergillus japonicus 334进行大规模液态发酵，采用乙酸乙酯萃取获得粗提物，并经硅胶柱层析初步分离。利用UPLC-HR-MS/MS获取9个一级馏分质谱数据，通过GNPS平台构建分子网络，依据MS/MS碎片相似性对化合物进行聚类分析，结合先前已分离鉴定的himeic acid B（10）和himeic acid G（11），快速定位到存在潜在新颖结构的分子簇。进一步通过半制备HPLC纯化，获得了12个himeic acid衍生物（图1）。

图1.Aspergillus japonicus 334中Fr.9的分子网络

结构鉴定方面，研究团队综合运用了高分辨质谱（HRESIMS）、多维核磁共振技术、旋光数据与比对，最终确定了12个化合物的结构。化合物1-3、11和12为吡啶酮衍生物，化合物4-10为吡喃酮衍生物。值得注意的是，化合物1具有前所未有的(N-甲基)-苯-1,4-二醇取代单元，是首个该类结构的himeic acid类似物（图2）。

图2.化合物1-12的结构

研究团队采用离体种子萌发抑制法，以牛筋草（Eleusine indica）和反枝苋（Amaranthus retroflexus）为靶标杂草，对所有化合物进行了除草活性评价。结果显示，吡喃酮类化合物（4-10）的活性普遍优于吡啶酮类（1-3，11-12）。其中，化合物7表现出最优异的除草活性：对反枝苋种子萌发抑制率达100%（IC50 = 54.3 μM），对牛筋草胚根伸长抑制率达100%（IC50 = 51.3 μM），显著优于阳性对照草甘膦。通过系统比较不同化合物的结构与活性，研究团队提出了以下构效关系：吡喃酮骨架是活性关键药效团；C-10/C-11双键的共轭结构显著增强活性；C5H6O3侧链可能降低活性，这些发现为后续结构优化提供了方向。

来源: 中国农业科学院烟草研究所