摘要
独脚金内酯作为一类天然的植物激素，在调控根寄生杂草种子萌发、植物分枝、叶片衰老、植物抗逆性等方面作用显著。近年来，独脚金内酯抑制剂的开发已经成为独脚金内酯类植物生长调节剂研究的热点。本研究以开发安全高效、易于制备的独脚金内酯抑制剂为目的，利用经典药物改造理论和计算机辅助分子设计等方法，设计并合成结构新颖的独脚金内酯生物合成和信号转导抑制剂候选化合物，对目标化合物的独脚金内酯抑制剂相关的生物活性进行了评价，并初步探索了高活性化合物的作用机制。主要研究结果如下: (1)以独脚金内酯生物合成抑制剂TIS108、信号转导抑制剂DL1b和KK094为先导化合物，运用计算机辅助分子设计技术、活性亚结构片段拼接等方法，设计并合成了A、B两个系列33个候选化合物和C、D两个系列34个候选化合物，利用核磁共振氢谱、碳谱和高分辨质谱对所有目标化合物的结构进行了确证。合成原料易得，成本低廉，路线简单，具有较高的原子经济性。 (2)以拟南芥和水稻为试验对象，测试了A、B系列目标化合物的分枝活性，结果表明，化合物B4能够显著促进植物地上部分枝，且效果优于TIS108;qRT-PCR和UPLC-MS/MS的结果表明，B4处理引起了独脚金内酯生物合成相关基因MAX3和MAX4的表达上调并显著抑制了水稻内源独脚金内酯4DO的生物合成，说明化合物B4是一种独脚金内酯生物合成抑制剂。 (3)通过评价C系列化合物对水稻分蘖的活性发现化合物C13对水稻分蘖具有显著的促进活性，且活性与DL1b相当;同时，C13可以抑制根寄生杂草瓜列当种子的萌发且能够延缓离体水稻叶片的衰老。通过评价D系列化合物对根寄生杂草种子萌发的抑制活性发现化合物D12对根寄生杂草瓜列当和白花独脚金种子的萌发均具有显著的抑制活性，且效果优于KK094。此外，C13和D12均能显著促进拟南芥下胚轴的伸长并且有效缓解了GR24对拟南芥下胚轴的抑制作用。 (4)化合物C13和D12对拟南芥SL不敏感突变体max2-1下胚轴的伸长没有影响，表明其以一种依赖于MAX2的方式调控拟南芥下胚轴的伸长生长;C13能够缓解GR24对水稻SL缺失突变体d10分蘖表型的影响，具有独脚金内酯信号转导抑制剂的功能。等温滴定量热法(ITC)的结果表明化合物C13和D12与独脚金内酯受体AtD14具有良好的结合活性。其中,D12(Kd≈1.49μM)的结合活性强于KK094(Kd≈1.54μM)，与生物活性评价的结果一致。分子对接和动力学模拟的结果表明，残基Ser220和Cys194分别对化合物C13和D12与受体的结合起到了关键的作用。 (5)通过转录组学分析，从分子层面揭示了化合物C13的独脚金内酯作用机制以及其对水稻分蘖的调节机制。测序结果显示，化合物C13处理引起了水稻茎基部中多个基因的响应，且响应基因中涉及多个独脚金内酯合成及转导途径的相关基因，表明化合物C13可能是一种独脚金内酯信号转导抑制剂。此外，化合物C13处理3h相较于处理6h时引起了更多基因的差异表达，说明化合物C13在短时间内起效。
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