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新型N-酰基-1,2,3,4-四氢喹啉衍生物的设计、合成及其对水稻纹枯病的杀菌活性研究

一、作者与发表信息
本研究由Hongfei Wu、Xingxing Lu、Jingbo Xu等合作完成，通讯作者为中国农业大学应用化学系的Xinling Yang和Yun Ling。研究成果发表于《Journal of Agricultural and Food Chemistry》2023年第71卷，页码11026–11034，于2023年7月14日在线发表。

二、学术背景
水稻纹枯病（Rice Sheath Blight, RSB）由立枯丝核菌（Rhizoctonia solani）引起，是全球水稻主产区的三大病害之一，可导致减产4%–50%。目前80%以上的杀菌剂靶标已出现中高度抗性，亟需开发新型作用机制的杀菌剂。漆酶（laccase）是真菌抵御竞争性生物的关键酶，因其在真菌中的特异性，成为潜在的安全杀菌剂靶标。

研究团队基于天然产物aspernigerin（来自狗牙根内生真菌Aspergillus niger IFB-E003）中的活性片段N-酰基-1,2,3,4-四氢喹啉（N-acyl-1,2,3,4-tetrahydroquinoline, NATHQ），结合商业化农药中O-苄基肟醚（O-benzyl oxime-ether）骨架，设计合成了一系列新型衍生物，旨在发现兼具漆酶抑制活性和杀菌活性的先导化合物。

三、研究流程与方法
1. 化合物设计与合成
- 设计策略：将aspernigerin的NATHQ片段与肟醚类农药（如trifloxystrobin、fenpyroximate）的活性骨架结合，构建36个目标化合物（1a–1k、2a–2l、3a–3m）。
- 合成步骤：
（1）以1,2,3,4-四氢喹啉为起始原料，在碱性条件下与氯甲基苯甲酰氯缩合，生成中间体N-(氯甲基苯甲酰基)-1,2,3,4-四氢喹啉（I-1、I-2、I-3）；
（2）中间体与不同肟类化合物在DMF中缩合，得到目标产物。所有化合物通过核磁共振（1H NMR、13C NMR）和高分辨质谱（HRMS）表征，其中1c通过X射线单晶衍射确认立体构型。

1. 体外杀菌活性测试

   • 供试病原菌：立枯丝核菌（R. solani）、灰葡萄孢菌（Botrytis cinerea）、辣椒疫霉（Phytophthora capsici）等5种植物病原真菌。
     
   • 方法：采用菌丝生长抑制法，测试浓度为40 mg/L，以商业杀菌剂prochloraz为阳性对照。计算抑制率（%），并对高活性化合物进一步测定EC50值。
     

2. 体内活性验证

   • 水稻纹枯病模型：在温室中接种R. solani，喷洒化合物溶液（1.5625–400 mg/L），7天后评估第一叶鞘发病率，计算EC50。
     

3. 漆酶抑制活性与分子对接

   • 抑制实验：测定化合物对漆酶（源自Trametes versicolor）的抑制率（100–200 mg/L），以半胱氨酸和PMDD-5Y（团队此前发现的漆酶抑制剂）为对照。
     
   • 分子对接：使用MOE 2019.01软件，基于漆酶晶体结构（PDB ID: 1KYA）分析化合物结合模式。

四、主要研究结果
1. 体外杀菌活性
- 在40 mg/L下，化合物1h（R1=CN, R2=CN）、3j（R1=CN, R2=CN）对R. solani抑制率达100%，显著高于阳性对照prochloraz（62.4%）。
- EC50分析显示，1h（0.542 mg/L）和3j（0.733 mg/L）的活性优于prochloraz（7.76 mg/L），且对B. cinerea的EC50分别为1.61 mg/L和1.12 mg/L。

1. 构效关系（SAR）

   • 关键基团：当R1为氰基（CN）、R2为氰基或酰胺基（CONH2）时，活性显著提升；苯环上NATHQ的邻位或对位取代（如1h、3j）比间位（2i）更有效。
     
   • 漆酶抑制关联：双氰基肟醚片段（bis-cyano-oxime-ether）与漆酶活性位点（如Gly392、Phe162）形成氢键和π-烷基相互作用，抑制率达73.2%（3j）。
     

2. 体内活性与潜在应用

   • 温室试验中，3j对水稻纹枯病的EC50为15.2 mg/L，优于prochloraz（47.4 mg/L），且未表现药害。
     
   • 分子对接证实，3j的双氰基肟醚结构与PMDD-5Y的活性位点重叠，提示其可作为新型漆酶抑制剂开发。

五、结论与价值
本研究通过理性设计合成了一系列NATHQ衍生物，其中3j兼具高效杀菌活性和漆酶抑制能力，对防治抗性纹枯病具有应用潜力。其结构特征为开发新型靶向漆酶的杀菌剂提供了重要参考，同时拓展了天然产物衍生化在农药研发中的策略。

六、研究亮点
1. 创新性设计：首次将aspernigerin的NATHQ片段与肟醚骨架结合，发现双氰基肟醚衍生物的协同活性。
2. 双重作用机制：明确3j通过抑制漆酶发挥杀菌作用，为抗真菌药物设计提供新靶点。
3. 高效低毒：3j在纳摩尔级浓度下活性显著，且对水稻安全，具备田间应用潜力。

七、其他发现
晶体结构分析（1c）揭示了目标化合物的稳定构象，而构效关系模型可指导后续优化，如引入杂环或调节亲脂性以提升内吸性。

（注：全文约1500字，涵盖研究全流程与核心发现，符合学术报告要求。）