褪黑素（Melatonin）是一种由松果体分泌的激素，广泛存在于动植物中，具有多种生物活性。作为一种抗氧化剂，褪黑素在调节生物钟、改善睡眠、减轻氧化应激、抗炎和免疫调节等方面发挥着重要作用。近年来，研究发现褪黑素还具有一定的抗菌活性，能够抑制某些病原菌的生长，尤其是对一些耐药菌株，表现出一定的抑制作用。这使得褪黑素在植物保护和农业抗菌领域引起了广泛关注。
近日，南京农业大学章维华教授和张明智副教授团队在生理学国际权威期刊《Journal of Pineal Research》在线发表了题为“Design, Synthesis, and Antifungal Activity of Melatonin Derivatives Containing a (Thio)Semicarbazide Group”的研究论文，报道了褪黑素衍生物的设计合成及其对常见农业病原真菌的抗真菌活性研究，完成了基于人工智能技术的类农药性预测，并测定了潜在靶标SDH的活性。
研究团队从褪黑素结构出发，分别引入脲、氨基脲、氨基硫脲片段并测试抗菌活性，发现含有氨基硫脲结构的褪黑素衍生物表现出显著的抗菌活性。其中化合物III-9对测试的六种植物致病真菌表现出广谱的抑制活性，相较于褪黑素的抗菌活性提高了10倍以上，III-9对水稻纹枯病菌的抑制率达到87.2%，活体抗菌活性结果表明，III-9对黄瓜灰霉病菌、油菜菌核病菌和辣椒疫霉病菌有接近50%的抑制效果。此外，构效分析发现吲哚5号位取代基的存在，无论是推电子基还是吸电子基，均会使活性较低。
除此之外，团队还通过分子对接模拟和酶活实验对该系列化合物抗菌活性的作用机制进行了初步探索。以琥珀酸脱氢酶（SDH）为对接靶标，结果表明III-9，III-10与SDH结合情况优于对照药啶酰菌胺的结合情况，与抗菌活性结果一致。SDH的酶抑制活性实验结果也说明III-9，III-10优于啶酰菌胺，与分子对接结果和抗菌活性结果都保持了一致，这些发现为SDH作为这一系列化合物的潜在靶点提供了强有力的证据。研究团队还利用基于人工智能技术的在线预测平台对合成的化合物进行了类农药性预测，以指导后续的结构优化。
南京农业大学为该论文的第一署名单位和通讯单位，理学院研究生刘敬瑞为该论文的第一作者，理学院张明智副教授和武汉工程大学孙琦副教授为该论文的通讯作者，理学院章维华教授与先正达公司英国研发中心顾玉城博士对该研究提出了宝贵的指导意见，理学院研究生姜恩誉、本科生段淳宝、已毕业研究生程兰对该工作也做出了重要贡献，华中师范大学杨光富教授团队望钰霞博士在酶活性测试上给予了大力支持。该研究得到国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目和大学生创新创业训练计划项目的资助。
据悉，《Journal of Pineal Research》（《松果体研究》）创刊于1984年，由国际著名出版商WILEY出版，发表关于所有脊椎动物松果体及其激素产物的基础、应用和临床的研究。根据最新数据，《Journal of Pineal Research》是内分泌学与代谢、神经科学、生理学一区期刊，WOS期刊分区中JCR学科排名3/85（Physiology），最新影响因子8.3，五年影响因子10.2。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/jpi.70038