近日，南京农业大学植物保护学院杀菌剂生物学团队段亚冰教授与周明国教授课题组在中科院一区TOP期刊《eLife》发表了题为″Action mechanism of a novel agrichemical quinofumelin against Fusarium graminearum″的研究论文。该研究揭示了新型喹啉类杀菌剂quinofumelin的作用靶标为嘧啶从头合成途径关键酶——二氢乳清酸脱氢酶（DHODH），拓宽了杀菌剂的靶标类型，为进一步以DHODH为分子靶标的新型杀菌剂的创制具有重要的指导意义。
Quinofumelin是由日本三井农业化学公司开发的一种新型喹啉类杀菌剂，具有广谱杀菌活性和全新作用机制，对小麦赤霉病、水稻恶苗病、草莓灰霉病和油菜菌核病等多种重要病原菌均有显著抑制效果。该药剂与现有杀菌剂无交互抗性，提示其作用靶标独特。通过代谢组与转录组联合分析发现，quinofumelin处理显著影响嘌呤代谢、嘧啶代谢和四烯酸代谢通路；差异代谢物主要关联核苷酸代谢过程。深入分析表明，嘧啶生物合成关键酶基因DHODH表达明显下调，导致下游产物尿苷和尿嘧啶含量下降，而上游物质二氢乳清酸积累。外源添加尿苷或尿嘧啶可完全恢复Quinofumelin所抑制的菌丝生长，进一步证实其靶标与嘧啶生物合成途径密切相关。
经文献检索发现，DHODH已被开发用于治疗癌症的分子靶点，在农药研究领域，也被发现可作为除草剂的分子靶标。为了进一步研究DHODH的生物学功能，对其进行了敲除，结果发现，在外源添加尿苷/尿嘧啶条件下，DHODH敲除体可以正常生长，在尿苷/尿嘧啶缺失时，DHODH敲除体无法生长。在Quinofumelin处理时，DHODH敲除体在外源添加尿苷或尿嘧啶后均能恢复生长，这些结果表明，DHODH是Quinofumelin的作用靶标（图1）。
图1 Quinofumelin作用机制模式图
为了进一步研究靶标DHODH与quinofumelin的结合能力，利用分子对接技术预测了quinofumelin与靶标DHODH紧密互作的分子结构模型，利用微量热泳动（MST）和表面等离子共振（SPR）技术阐明了quinofumelin与靶标DHODH具有较强的亲和性（图2）。这些研究结果揭示了quinofumelin作用于赤霉病菌尿嘧啶生物合成途径关键酶DHODH，阻止了二氢乳清酸向乳清酸的催化反应，从而抑制了嘧啶生物合成的分子机理。
图2 Quinofumelin与FgDHODHⅡ的结合能力分析
A：分子对接；B：表面等离子共振技术；C：微量热泳动技术
基于该突破性研究成果，国际杀菌剂抗性行动委员会（FRAC）给予新型杀菌剂quinofumelin全新的作用机制编码分类（A5）（图3）。该研究历时8年，从活性筛选、抗性诱导、转录组与代谢组分析、抗性菌株重测序、药靶精细互作研究及靶标特异性点突变对药敏性的调控验证等，系统揭示了新型杀菌剂quinofumelin的作用机制，发现了其全新的作用靶标。该靶标的发现不仅为靶向DHODH的新型杀菌剂创制提供关键理论基础，也为全球农作物病害的抗药性治理和高效防控提供了新途径。未来，以DHODH为靶标的新型杀菌剂的创制与应用，将成为农药领域的重要前沿研究方向，并显著加速该类新型杀菌剂的开发进展。
图3 Quinofumelin作用机制编码分类
原文链接：https://doi.org/10.7554/eLife.105892.3
来源: 南京农业大学
