近日，中国农业大学理学院和植物保护学院联合在国际知名期刊《Journal of Agricultural and Food Chemistry》上发表了题为″Discovery of WML-01, a spirocyclic butenolide derivative featuring a rhodanine motif, exhibiting high fungicidal activity against Fusarium species″研究论文。报道了一种含有罗丹宁结构片段的螺环丁烯内酯衍生物WML-01，对镰刀菌属真菌表现出优异的生物活性，其作为一种具有新结构和新靶标的高效化合物，在控制小麦赤霉病流行以及降低DON毒素污染方面具有广阔的市场开发和应用前景。
联合国将2020年定为国际植物健康年，以应对全球农业面临的重大挑战。据世界粮农组织估算，全球每年因植物病害导致的经济损失达2000多亿美元，严重威胁了全球的粮食安全和食品安全。虽然杀菌剂在有效防治农作物病害、减少产量损失、保障农产品质量安全方面发挥了不可替代的作用，但由于长期多频次施用，田间面临着重要病原菌抗药性产生和发展的风险，给作物优质增产带来了巨大的挑战。因此，开发化学结构新颖、作用靶标独特、与常用杀菌剂无交互抗药性的新型绿色杀菌剂已成为新农药创制的前沿热点领域。
前人研究报道，含有螺环丁烯内酯结构的天然产物以及含有罗丹宁骨架的化合物具有多种生物活性，表现出较好的抗菌、抗病毒、杀虫、抗炎或抗肿瘤等作用。本研究将罗丹宁优势骨架引入到天然产物螺环丁烯内酯类化合物库中，设计了系列含有罗丹宁结构片段的螺环丁烯内酯衍生物（图1），根据构效关系进行了多层级优化，最终发现化合物WML-01对镰刀菌属真菌具有突出的抑菌活性。
图1 目标化合物的设计策略
在小麦生产中，控制小麦赤霉病的流行及其产生的脱氧雪腐镰刀菌烯醇毒素（DON）对粮食的污染仍是一项重大挑战。目前生产中使用的一些杀菌剂，如多菌灵、嘧菌酯等，在控制小麦赤霉病时并不能有效降低DON毒素的产生。因此，开发具有独特作用机制的新型高效杀菌剂，对于防治小麦赤霉病流行和DON毒素污染至关重要。本研究创制的WML-01对供试的13种镰刀菌、核盘菌、炭疽菌和稻瘟菌等均表现出明显的抑菌作用。其中，对引起小麦赤霉病的禾谷镰刀菌、黄色镰刀菌和亚洲镰刀菌的EC50分别为0.079 μg/mL、0.098 μg/mL和0.088 μg/mL；对引起小麦茎基腐病的假禾谷镰刀菌的EC50为0.046 μg/mL；对2株引起水稻恶苗病的藤仓镰刀菌的EC50分别为0.32 μg/mL和0.72 μg/mL。进一步研究发现，对氰烯菌酯产生高水平抗性的亚洲镰刀菌仍对WML-01敏感（图2），WHL-01与生产中防治镰刀菌病害的常用杀菌剂均无交互抗性。形态毒理学和转录组学研究结果表明，WML-01能够破坏禾谷镰刀菌的细胞膜，导致脂滴沉积，并对病原菌的膜相关途径及核糖体生物合成途径具有显著影响。
图2 WML-01对抗氰烯菌酯的亚洲镰刀菌的抑制作用
研究发现WML-01能够明显降低镰刀菌DON毒素的产生（图3）：经WML-01（0.5 μg/mL）处理后，禾谷镰刀菌产生的DON量为3.78 μg/kg干菌丝体，显著低于空白对照组（10.28 μg/kg干菌丝体），且与相同浓度的氰烯菌酯处理组（3.60 μg/kg干菌丝体）相当。
图3 WML-01对禾谷镰刀菌DON产生的影响
田间药效试验结果表明，施药浓度为150-200 g a.i./ha时，WML-01对小麦赤霉病的防治效果与等剂量的氰烯菌酯防效相当。WML-01作为防治小麦赤霉病和DON污染的潜在新型候选药剂，具有广阔的市场开发应用前景。目前WML-01已经申请了中国发明专利和国际发明专利，申报了农药中文通用名称。本研究也为我国绿色农药的源头创新提供了新的活性骨架，具有深远的意义。
图4 WML-01防治小麦赤霉病的田间试验效果
原文链接：
https://doi.org/10.1021/acs.jafc.5c02715
来源: 公众号：刘西莉课题组
