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题目:Cryo-EM structure of the yeast Saccharomyces cerevisiae SDH provides a template for eco-friendly fungicide discovery
链接:DOI: 10.1038/s41467-025-64001-0
琥珀酸脱氢酶（Succinate dehydrogenase, SDH），又称呼吸链复合体II，是连接三羧酸循环与氧化磷酸化的核心酶，广泛存在于真核和原核生物中。由于其在不同物种中高度保守且为能量代谢所必需，SDH已成为杀菌剂研发的重要靶点。尤其是近年来，以吡唑酰胺类为代表的SDH抑制剂在农业中广泛应用，但普遍存在对水生生物毒性高、易导致抗性产生等问题。
2025年10月9日，Nature Communications在线发表题为“Cryo-EM structure of the yeast Saccharomyces cerevisiae SDH provides a template for eco-friendly fungicide discovery”的研究论文。该研究首次解析了来源于真菌模型生物——酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）的琥珀酸脱氢酶（SDH）的高分辨率冷冻电镜结构，并以此为基础，成功设计出兼具高效抑菌活性与低环境毒性的新型杀菌剂候选分子E8。该工作填补了真菌SDH结构信息的空白，为下一代绿色农药的理性设计提供了关键结构基础。
该研究由华中师范大学绿色农药国家重点实验室的杨光富教授、朱晓磊教授和叶莺博士研究团队完成。
本研究通过冷冻电镜技术，成功解析了酿酒酵母SDH在天然状态（3.36 Å）、与泛醌UQ1结合状态（3.25 Å）以及与PYD结合状态（3.23 Å）的三维结构。研究显示：
ScSDH为缺血红素的D型酶：
与传统认为的真核SDH含血红素不同，ScSDH跨膜区无血红素结合，其关键位点Tyr_SDHD108的空间阻碍阻止了血红素的嵌入。酶活实验证实，缺血红素并不影响其催化功能，且ScSDH在醌介导的电子传递中效率更高。
电子传递路径明确：
研究清晰展示了从FAD经[2Fe–2S]、[4Fe–4S]至[3Fe–4S]簇，最终传递至泛醌的电子通道，其[3Fe–4S]簇与UQ1之间的距离仅6.6 Å，有利于高效电子传递。
抑制剂结合机制揭示：
通过分析PYD与ScSDH的复合物结构，发现其通过氢键（与Trp_SDHB194、Tyr_SDHD120、Ser_SDHC94）及阳离子-π相互作用（与Arg_SDHC97）稳定结合于醌结合位点（Qp）。比较结构分析显示，真菌与哺乳动物SDH在Qp腔的大小和关键氨基酸构象上存在显著差异，这为设计种属选择性抑制剂提供了依据。
基于ScSDH-PYD复合物结构，研究团队采用片段生长虚拟筛选策略，以PYD为起点，通过计算评估结合自由能与配体效率，优选核心片段并进行结构优化，最终合成了一系列N-环丙基吡唑甲酰胺类化合物。其中，化合物E8脱颖而出：
对ScSDH的抑制活性IC₅₀为0.030 μM，优于PYD（0.040 μM）；其抑制常数Kᵢ低至0.019 μM，且对真菌SDH的选择性为猪SDH的14.78倍，显著高于PYD的8.28倍。在1.56 mg/L低浓度下，对包括小麦白粉病、赤霉病、黄瓜白粉病等10余种植物病原菌抑制率超过70%，孢子萌发实验进一步证实其能有效阻断病原菌侵染。田间试验中，E8对小麦赤霉病的防治效果达88.81%，与PYD相当，并能显著降低毒素DON含量（抑制率86%–89%），提高小麦千粒重与产量。环境友好：对斑马鱼的急性毒性LC₅₀（96 h）为1.01 mg/L，属于“中等毒性”，显著低于PYD的“高毒性”（0.729 mg/L）。计算模拟提示，E8结构中的碳碳双键可能在代谢中转化为低毒的二羟基产物，进一步降低环境风险。这项研究弥合了真菌SDH结构生物学的关键差距，并为开发具有增强物种选择性的环保杀菌剂建立了蓝图。
本文来源 [ Photosynthesis Engineer微信公众号]
推文原链接：https://mp.weixin.qq.com/s/kTl7AB2Yn37tENz19WR7Yg
福建农林大学分析测试中心
2025年10月24日
