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题目: Cryo-EM Structures Reveal the Unique Binding Modes of Metyltetraprole in Yeast and Porcine Cytochrome bc1 Complex Enabling Rational Design of Inhibitors
链接: J. Am. Chem. Soc. 2024, DOI: 10.1021/jacs.4c12595
甲氧基丙烯酸酯类（strobilurin）杀菌剂是在全世界范围内广泛应用的一类农用杀菌剂，该类杀菌剂通过与病原菌线粒体呼吸链bc1复合物（复合物III）的Qo位点相结合，阻断呼吸链的电子传递，影响三磷酸腺苷（ATP）产生，进而影响病原菌的能量供给以达到杀菌效果。吡唑醚菌酯（Pyraclostrobin，PYR）和嘧菌酯（Azoxystrobin，AZO）是代表性的strobilurin 类杀菌剂，具有高效、广谱、渗透性好、环境较友好等优点，被广泛应用于植物病原菌的防治。然而，由于作用位点单一，植物病原菌对strobilurin类杀菌剂的抗药性日益严重，杀菌剂抗性行动委员会已将其归为高抗性风险杀菌剂。Metyltetraprole（MET）是由巴斯夫和住友化学共同开发的四唑啉酮类杀菌剂，FRAC将其归类为新型Qo位点抑制剂。MET对多种真菌病害有较好的防效，包括重要的麦类病害（如小麦叶枯病），并且可用于防治对strobilurin类杀菌剂已产生抗药性的病原菌。然而，MET的作用模式和反抗性机制尚不明确。
图1. MET与PYR在酵母复合物III中的结合模式及抗性机制研究（来源：JACS）
华中师范大学绿色农药全国重点实验室杨光富教授团队长期从事农药创制基础研究，在农药分子设计方面取得了系统的研究成果，建立了基于活性小分子与作用靶标相互作用研究的农药生物合理设计创新研究体系。该团队采用冷冻电镜技术系统研究了MET与靶标蛋白复合物III的相互作用机制，通过比较MET与strobilurin类杀菌剂PYR的结合模式，阐明了MET的反抗性机制。在此基础上，采用计算化学方法对MET进行结构优化，设计合成了活性和选择性均更高的新型抑制剂YF23694。该研究为反抗性新型复合物III杀菌剂的分子设计提供了借鉴。
MET和PYR均属于芳基吡唑类化合物，化学结构很相似。MET和PYR对真菌酵母复合物III均有较好的抑制活性。冷冻电镜结构显示MET（2.52 Å）和PYR（2.42 Å）均结合在Qo位点。通过分子模拟对G143A突变后MET和PYR的结合模式进行研究，结果显示G143A突变后导致PYR的官能团翻转了180°，失去了部分重要的相互作用，结合能大大降低。而MET由于官能团位阻较小，突变前后结合模式几乎不变。这一结果为MET对G143A突变后的抗性菌株仍具有较好防效提供了合理的解释。
图2. MET与PYR的结合模式比对及MET衍生物的设计（来源：JACS）
该研究成果于2024年11月在线发表于美国化学会旗舰期刊Journal of the American Chemical Society上。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和国家博士后创新人才计划的支持。
本文来源 [ CBG咨询微信公众号]
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福建农林大学分析测试中心
2025年9月24日
