独脚金內酯与其受体蛋白相互作用的构效关系研究

Root parasitic weeds extort water and nutrients from the roots of host crops. They have caused significant losses in agriculture production worldwide. However, there is no effective method to control root parastic weeds. In this study, the structure-activity relationship of seed germination stimulants (plant hormone strigolactones) to ShHTL proteins will be constructed. This will help us better understand the mode of action of strigolactones. Meanwhile, it will provide information to guide and select seed germination stimulants. By using developed seed germination stimulants, in absence of host plants, the sucidal seed germination of root parasitic weeds was stimulated. Thus, it provides an effective way to control root parasitic weeds.

根寄生杂草是一类全球分布、寄生作物根部的农业有害生物。它造成作物严重减产，现无有效控制方法。本项目拟研究根寄生杂草种子萌发剂--独脚金内酯类化合物，与其受体蛋白相互作用的定量构效关系，深入揭示独脚金內酯的作用机制，指导理性设计和筛选种子萌发剂先导化合物，以期通过外源性萌发根寄生杂草种子，实现根寄生杂草种子的时空错配萌发（自杀性萌发），达到根寄生杂草的有效防控。

独脚金、列当等根寄生杂草，在全球范围内广泛分布，主要寄生谷类、茄科、豆类等作物。每年由根寄生杂草侵染造成的农业损失可达数十亿美元。由于根寄生杂草具有强的繁殖能力、且产生的大量细小种子可在土壤中存活数十年，这使其防治成为世界性的难题。据报道，寄主植物根系分泌的独脚金内酯可调控根寄生杂草种子的萌发。在缺乏寄主情况下，可通过外源施加独脚金内酯类似物，用于根寄生杂草的防治。在独脚金中，已经鉴定11个独脚金内酯受体蛋白，且不同的受体蛋白对独脚金内酯的响应不同。建立独脚金内酯与其受体蛋白相互作用的构效关系，可以深入理解这一系列具有类似结构的蛋白大分子与小分子独脚金內酯之间的相互作用机制，指导广谱、高效且持效的种子萌发剂先导化合物的设计。本项目构建了66个独脚金内酯的受体蛋白；采用表面等离子共振技术分析了这些受体蛋白和独脚金内酯类似物GR24的亲合常数；以此为基础，确定了影响独脚金内酯结合的关键氨基酸残基，并建立了能够准确预测不同受体蛋白和GR24结合能力的构效关系模型。依此分子模型，设计获得了具有很好刺激根寄生杂草种子萌发能力的哌嗪酰胺类先导化合物。该项目的顺利实施，具有重要的理论和田间应用价值。