灰霉菌（Botrytis cinerea）是一种广泛分布的植物病原真菌，是农业上最具破坏性的病原之一，主要引起灰霉病（gray mold）。B. cinerea能侵染200多种植物，包括番茄、草莓、葡萄、黄瓜、玫瑰、莴苣等蔬菜、果树及观赏植物，几乎涉及世界上所有温带经济作物。B. cinerea不仅直接造成大面积减产和品质下降，还带来农药抗性、残留等次生问题，是全球农业生产和食品供应链中重要的防控对象之一。
近日，南京农业大学朱映光教授团队以天然产物黄酮醇为骨架，设计并合成了一系列新型黄酮醇类衍生物，系统评估其抗植物病原真菌活性，并深入探讨其作用机制。相关研究以“Antifungal Activity and Mechanism of Novel Benzimidazole-Containing Flavonol Derivatives as Potential Tubulin Polymerization Inhibitors against Botrytis cinerea”为题，发表于农业综合国际权威期刊《Journal of Agricultural and Food Chemistry》。
本研究通过在3-羟基黄酮结构上引入苯并咪唑和砜基/羰对灰基基团，构建了一系列共30余种目标化合物。初步离体活性结果表明，大多数目标化合物霉病菌表现出良好的抗菌活性。化合物A23对灰霉病菌EC50值为0.338 μg/mL，优于商品药多菌灵（0.625 μg/mL）。活体实验表明，在200 μg/mL浓度下化合物A23对灰霉病的保护效果可以达到76.5%，治疗效果可以达到68.2%，显示出良好的开发应用潜力。
图1. 化合物A23的活体保护与治疗实验
为进一步揭示其作用机制，研究团队开展了细胞膜通透性测试、扫描电镜（SEM）与分子荧光免疫实验。化合物A23导致灰霉病菌菌丝异常扭曲、表面褶皱，并通过破坏细胞膜完整性导致电导率升高。分子荧光免疫测定显示，化合物A23可以抑制微管蛋白聚合，提示其作用机制可能涉及破坏微管蛋白的结构功能。
图2. 细胞膜电导率和扫描电镜实验
通过分子动力学模拟与分子对接进一步分析了活性小分子配体与靶标之间的动态稳定过程。化合物A23与微管蛋白结合稳定，结合能（−41.8 kcal/mol）低于商品药多菌灵（−25.7 kcal/mol）。化合物A23与微管蛋白活性口袋内关键残基形成稳定的氢键，π-硫和π-烷基相互作用，且分子占据与多菌灵相似的结合位点，验证了其作为微管蛋白抑制剂类杀菌剂的潜力。
图3. 分子动力学模拟与分子对接
该研究不仅为黄酮醇类天然产物的结构改造提供了新思路，也为新型微管蛋白抑制剂类杀菌剂的开发提供了理论基础和候选分子。南京农业大学为该论文的第一署名和通讯单位，理学院博士生陈虹艺与硕士生麦子芸为共同第一作者，博士生蒋尊云为该研究提供了理论计算，朱映光教授为通讯作者。理学院研究生孟阳和苏时军参与了本研究，理学院章维华教授，吴磊教授，张明智副教授和Gizachew Mulugeta Manahelohe博士对研究设计、论文修改提出了宝贵意见与支持。该工作得到国家重点研发计划、江苏省农业科技自主创新项目及中央高校基本科研业务费等项目支持。
全文链接：https://doi.org/10.1021/acs.jafc.5c04753