基于天然产物分子碎片重组设计的新型HPPD抑制剂的合成及分子作用机制研究
批准号:
22077014
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
付颖
依托单位:
学科分类:
药物化学生物学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
付颖
中文摘要
抗性杂草爆发性的增长已成为现代农业可持续发展所面临的一个关键挑战,而创制新型超高效除草剂是解决这一挑战的根本途径。以对羟基苯丙酮酸双加氧酶(HPPD)为靶标的除草剂具有高效、广谱、低毒、不易产生抗性等优点。本项目针对作物田中杂草抗性及除草剂使用中的安全性问题,提出以HPPD为靶标酶,利用虚拟筛选与天然产物碎片重组技术相结合,设计新型HPPD抑制类除草剂,开展结构修饰,通过“设计―合成―筛选―除草活性―田间试验”多次循环,筛选出1-2个高活性候选化合物。并综合运用分子模拟、化学生物学等技术,深入研究抑制剂分子与HPPD之间的分子作用机制。通过上述研究以期获得新型绿色HPPD抑制类除草剂候选化合物,为我国自主开发绿色、高效、安全、广谱、环境友好的HPPD抑制类除草剂提供理论研究基础,并为解决目前杂草抗性问题及除草剂对作物的安全性问题提供有效的解决途径。
英文摘要
The explosive growth of resistant weeds has become a key challenge for the sustainable development of modern agriculture, and the creation of new ultra-efficient herbicides is the fundamental way to solve this challenge. 4-Hydroxyphenylpyruvate dioxygenase (HPPD) inhibitors shared the advantages of high efficiency, low toxicity, high crop safety and low resistance. This study is to find a good way to solve the weed resistance and the safety issues to crops in the use of herbicides. Herein a series of novel HPPD inhibitors were designed by using natural product fragment recombination technology with HPPD as the target enzyme. Novel herbicidal candidates with better activity were selected via the multiple cycles of "design-synthesis-high-throughput screening-herbicidal activity-field test". The molecular mechanism between inhibitor and HPPD was studied by means of molecular simulation, chemical biology and other technologies. This research provides preliminary theoretical research for independent development of high efficiency, safety, broad-spectrum, and environmentally friendly HPPD inhibitors, and provides an effective solution to the weed resistance and herbicide safety issues.
抗性杂草爆发性的增长已成为现代农业可持续发展所面临的一个关键挑战。本项目针对作物田中的抗性杂草及除草剂使用中的安全性问题,提出以HPPD为除草剂作用靶标酶,采用天然产物碎片重组技术设计并合成新型HPPD抑制类除草剂,保留已商品化HPPD抑制类除草剂骨架结构,拼接天然产物碎片结构,在不影响除草活性的前提下提高对作物的安全性,达到一药双效、降低农药用量的目的。在课题研究期限内,采用药效团融合、药效团拼接、骨架跃迁以及计算机辅助药物分子设计方法中的药效团模型和分子对接模型,开展了对基于HPPD靶标酶的除草剂结构设计,并采用生物电子等排原理、前药原理、成环及开环修饰以及定量构效关系进行结构修饰,建立了预测能力较好定量构效关系模型,指导结构修饰,合成了7个系列300余个含O、N杂环化合物;对所合成的化合物开展高通量筛选,测定化合物对AtHPPD的酶抑制活性,以及对水稻、小麦源的HPPD酶活性测定,确定化合物对作物的安全性;室内生物活性测定、盆栽实验及田间小区实验结果表明,所合成的化合物田间除草效果与商品化除草剂硝磺草酮相当,可作为候选化合物进一步开发;利用分子对接、分子动力学方法开展了化合物分子作用机制研究,明确了化合物在活性作用位点的作用方式,阐释了分子除草活性机理。通过本项目研究获得了具有自主知识产权的含天然产物片段的HPPD抑制类除草剂候选化合物,并进一步研究了候选化合物与HPPD的分子作用机制。本项研究为我国自主开发低毒、低抗性、低风险和对环境友好的HPPD抑制剂提供前期基础理论研究,扩大结构拼接原理及分子碎片重组技术在农药分子设计中的应用范围。研究成果在SCI收录期刊发表研究论文15篇;获得授权的发明专利2项;参加国内学术会议5次并做会议报告,参加国际学术会议一次,并做大会邀请报告;培养博士研究生1名,硕士研究生7名。超额完成了项目的研究内容及预期目标,并为下一个国家自然科学基金的申请奠定了研究基础。
多靶点白化除草剂的设计、合成、活性及分子作用机制研究
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批准号:32372589
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项目类别:面上项目
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资助金额:50万元
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批准年份:2023
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负责人:付颖
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依托单位:
基于药效团拼接设计的新型HPPD抑制剂的合成、除草活性及QSAR研究
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批准号:31772208
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项目类别:面上项目
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资助金额:60.0万元
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批准年份:2017
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负责人:付颖
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依托单位:
苯并吡(噁)嗪类安全剂的设计、合成及构效关系研究
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批准号:31101473
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:23.0万元
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批准年份:2011
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负责人:付颖
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依托单位:
国内基金
海外基金