天然Nopol的发现:一种有前景的抗菌替代品,具有抑制细菌毒力并增强植物免疫力的能力

《Pesticide Biochemistry and Physiology》:Discovery of natural Nopol as promising antibacterial alternative with the capacity to suppress bacterial virulence and enhance plant immunity

【字体: 时间:2026年05月07日 来源:Pesticide Biochemistry and Physiology 4

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  陈小迪|冯宇梅|兰俊宁|牛伟|杨新明|陈星宇|周翔|杨松 国家重点绿色农药实验室,教育部绿色农药与农业生物工程重点实验室,贵州大学精细化学品研发中心,中国贵阳550025 摘要 植物病害的爆发对作物生产和全球食品安全构成了严重威胁。传统化学杀菌剂的广泛和长期使用加剧了病原体的

  
陈小迪|冯宇梅|兰俊宁|牛伟|杨新明|陈星宇|周翔|杨松
国家重点绿色农药实验室,教育部绿色农药与农业生物工程重点实验室,贵州大学精细化学品研发中心,中国贵阳550025

摘要

植物病害的爆发对作物生产和全球食品安全构成了严重威胁。传统化学杀菌剂的广泛和长期使用加剧了病原体的抗性,迫切需要具有高生物安全性的新型抗菌剂。本研究筛选了一系列环状萜类化合物,针对三种植物病原菌:Xanthomonas oryzae pv. oryzaeXoo)、Xanthomonas axonopodis pv. citriXac)和Pseudomonas syringae pv. actinidiaePsa),其中Nopol对Xoo的抑制活性最强(EC50 = 8.86 mg·L?1)。机制研究发现,Nopol显著抑制了多种关键的细菌毒力因子,从而破坏了细菌感染过程。盆栽实验显示,Nopol对Xoo的治疗效果(45.1%)和保护效果(52.8%)优于噻噁唑铜,并与锌噻唑相当。其强大的保护作用可能与茉莉酸介导的植物防御途径有关。总体而言,我们的研究结果强烈表明Nopol是一种极具前景的植物杀菌剂,为合理设计和开发创新的、环保的杀菌剂以可持续管理植物细菌病害提供了有价值的先导化合物。

引言

在现代农业中,植物病原体严重威胁作物产量和质量(Hussain, 2024; Lal et al., 2024)。在十大主要细菌性植物病原体中,< />和Pseudomonas种类尤为有害,因为它们可以感染多种宿主植物并引起严重的、往往难以治疗的疾病(Jibrin et al., 2021; Manoharan et al., 2017; Thomas et al., 2020)。具体而言,Xanthomonas oryzae pv. oryzaeXoo)、Xanthomonas axonopodis pv. citriXac)和Pseudomonas syringae pv. actinidiaePsa)分别是水稻、柑橘和猕猴桃的专性病原体(Ji et al., 2022; 2020; Kim et al., 2016; Rao et al., 2020; Su et al., 2024)。这些病原体会在各自的宿主中引起严重感染,导致产量下降、品质受损以及全球农业生产遭受重大经济损失(Rai and Rai, 2025; Srivastava et al., 2023)。例如,Xoo的严重爆发可能导致水稻产量损失30%至50%(Joshi et al., 2020; Ritbamrung et al., 2025)。
目前,绿色、环保和可持续发展的理念在农业领域越来越受到重视(Carvalho, 2017)。虽然传统化学农药能够实现令人满意的控制效果,但它们常伴随着环境污染和农药抗性的产生,因此无法满足食品安全和生态保护的严格要求(Singh et al., 2025)。因此,开发和应用绿色、环保和可持续的农业抗菌剂已成为不可避免的趋势(Fenibo et al., 2021)。
值得注意的是,天然产物因其天然来源、结构多样性、良好的环境兼容性、低毒性和微量残留而成为植物杀菌剂的宝贵资源(An et al., 2024a, An et al., 2024b; Boshoff et al., 2024; Wang et al., 2022)。目前,如印楝素、罗丹明和除虫菊酯等商业植物杀菌剂因其独特的优点而显示出广泛的应用前景(Guleria and Tiku, 2009; Khater, 2012)。在各种天然产物中,萜类化合物作为 besar 的植物次生代谢物,具有结构多样性,在植物防御中发挥着关键作用(Ninkuu et al., 2021; Zhang et al., 2023a, Zhang et al., 2023b)。近年来,由于环状萜类化合物及其衍生物具有强大的生物活性且不易诱发耐药性,因此受到了广泛关注(Visan and Negut, 2024; Yang et al., 2020)。例如,天然环状萜类化合物百里酚能有效抑制多种真菌病害(如Fusarium solaniValsa mali)以及某些细菌病害(Kachur and Suntres, 2019)。另一种广泛存在于植物中的天然环状萜类化合物柠檬烯也具有多种生物活性(Jia et al., 2013; Souza et al., 2018),它通过破坏Aspergillus nigerPenicillium等农业病原体的细胞膜完整性来有效抑制其生长和繁殖(Omran et al., 2011)。因此,本研究旨在筛选具有高抗菌活性、良好环境兼容性、低毒性和天然来源的环状萜类化合物,为控制植物细菌病害提供理想的替代方案。
在本研究中,评估了33种环状萜类化合物的体外抗菌活性,结果表明Nopol是对Xoo最有效的化合物。作为一种天然存在的环状萜类化合物,Nopol不仅具有独特的结构框架,还是一种广泛用于农化合成的易获取的化学中间体(Chen et al., 2021)。尽管之前的研究主要集中在Nopol衍生物的抗病毒特性上,但其在植物病原菌上的抗菌活性尚未得到充分探索(Sun et al., 2023; Wang et al., 2021)。这一空白突显了Nopol作为杀菌剂的巨大潜力及其抗菌机制的不确定性。据我们所知,本研究首次全面探讨了Nopol的抗菌作用机制,揭示了其抑制关键毒力特征(如生物膜形成)的能力。这些发现确立了Nopol作为新型杀菌剂开发的良好分子支架,并阐明了其作用原理。

章节片段

仪器和化学品

抗菌活性使用Cytation 5多功能读数器(BioTek Instruments, Inc. Agilent Technologies, Santa Clara, CA, USA)进行测量(Han et al., 2020)。所有通用化学品和以下环状萜类化合物均从上海碧德生物技术有限公司和安徽泽生科技有限公司采购:红花素醛(90%)、雪松酚(98%)、吴茱萸酚(95%)、γ-萜品烯(95%)、p-香叶烯(95%)、α-蒎烯(98%)、孜然醛(98%)、香叶醇(97%)、β-香叶酮(97%)、薄荷醛(90%)

环状萜类化合物的体外抗菌活性和简单结构-活性关系(SAR)分析

评估了市售环状萜类化合物及其类似物的三种植物病原菌的抗菌活性(图1A)。大多数化合物对Xoo表现出较强活性,25种化合物在100 mg·L?1浓度下抑制率超过50%。对Xac,18种化合物表现出良好活性(抑制率>50%)。相比之下,对Psa的活性普遍较弱,只有irisone、檀香醇和myrac醛显示出中等抑制作用(50%

结论

符合伦理要求

所有实验均符合伦理要求。

CRediT作者贡献声明

陈小迪:研究、数据分析、数据整理、初稿撰写。冯宇梅:研究、数据分析。兰俊宁:研究、数据整理。牛伟:数据整理。杨新明:软件操作、数据分析。陈星宇:数据整理。周翔:验证、监督、资金获取、撰稿及审核编辑。杨松:验证、监督、资金获取、撰稿及审核编辑。

资助

本工作得到了国家重点研发计划(2022YFD1700300)、国家自然科学基金(32372610、U23A20201、32160661、32202359)、国家重点研发计划(2024YFE0214300)、中央政府指导地方科技发展基金项目(Qiankehezhongyindi (2023) 001、Qiankehezhongyindi (2024) 007)以及贵州省科技创新平台研究项目的支持。

利益冲突声明

作者声明没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
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