以乙酰羟酸合成酶为靶标的反抗性除草剂先导结构的合理设计

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。研究表明，AHAS酶抗性问题产生的最重要原因是氨基酸突变。本项目将有机合成技术、分子生物学学技术以及分子模拟技术进行有机结合，在上一个国家基金项目的基础上，进一步深入研究不同结构类型的抑制剂与拟南芥野生型AHAS及W574L、D376E突变型AHAS（最严重的突变生物型）之间的相互作用，从而揭示杂草产生抗性的详细分子机制。在此基础上，设计合成对拟南芥野生型AHAS及W574L、D376E突变型AHAS都具有较高抑制活性的新型抑制剂分子。该项研究不仅可以为反抗性除草剂的分子设计提供先导结构，而且还可以为进一步深入研究不同物种来源的AHAS的结构和功能提供探针分子。

本项目以酵母AHAS催化亚基的晶体为初始结构，利用分子模拟等手段，系统研究了商品化除草剂在多种抗性突变AHAS体系中的作用方式。通过分子动力学和结合自由能的计算，阐明了AHAS中各种突变的抗性机制。提出了“基于构象柔性度分析的分子设计策略”。同时采用生物电子等排和活性亚结构拼接原理，设计并合成了三大类六个系列108个以AHAS为靶标的新型抑制剂小分子。并通过生物活性测试筛选出多个在酶水平和活体水平都具有高活性和反抗性的先导化合物。其中化合物Y11149，在活体水平上同时对多种抗性杂草表现出较高防效，具有进一步的研究价值。这一发现也使得我们针对W574L、P197L突变型AHAS设计和寻找反抗性抑制剂小分子取得了一定的进展。在此基础上进行更深入的研究，相信一定能够寻找到更多具有反抗性的高活性化合物，并为对针对AHAS其它突变位点反抗性抑制剂的设计提供借鉴，同时也为最终解决AHAS抗性问题打下基础。本项目在国际SCI期刊 Eur. J. Med. Chem.，Tetrahedron Letters.，Tetrahedron ，RSC Advance.等上发表论文8篇，发表核心期刊论文1篇，申请中国发明专利3项。