Agronomy | 基于芳氧基苯氧基丙酸酯基序的喹唑啉酮衍生物的设计、合成、作用方式及除草效果评价

除草剂在控制杂草、保护农作物和提高农业产量方面发挥着重要作用。在已知的除草剂中，芳氧基苯氧基丙酸酯（APP）是通过抑制禾本科植物乙酰辅酶A羧化酶（ACCase）活性来抑制脂肪酸合成，破坏细胞膜结构从而达到抑制杂草的一类除草剂。自从1971年首次推出禾草灵以来，许多APP除草剂（图1），如吡氟禾草灵、炔草酯、精喹禾灵、喔草酯等，已进入市场商品化。然而由于大面积连续使用APP除草剂，杂草对其抗性发展日趋严重。据HRAC (Herbicide resistance action committee)统计，截止2015年，靶向 ACCase 的抗性杂草物种数目已然跃居第三位。为解决杂草对该类除草剂的抗性问题，开发新结构的APP除草剂已迫在眉睫。

图1. 商品化的APP类除草剂

喹唑啉酮是一类重要的基于苯并嘧啶酮生物碱结构的含氮杂环化合物（图2），广泛分布于植物和微生物中。研究发现，天然喹唑啉酮类化合物具有抗真菌、抗癌、抗病毒、自由基清除、抗细菌，抗炎和抗疟疾等生物活性。因此，喹唑啉酮骨架受到了科研人员的广泛关注，被认为是开发治疗性药物和农药的先导结构。迄今为止，许多基于喹唑啉酮骨架结构的治疗性药物或农药已成功开发并进入市场商品化，如地丙喹酮（抗风湿药）、甲喹酮（抗惊厥药）、雷替曲塞（抗癌药）和氟喹唑（农用杀菌剂）。虽然基于喹唑啉酮骨架的治疗药物和农药已有很多，但市场上至今未有基于喹唑啉酮骨架开发成功的除草剂。

图2. 含有喹唑啉酮结构的天然产物（A）及开发成功的药物（B）

为开发具有商业化潜力的新型APP类除草剂，最近，我院生药化学与生物学创新团队在Agronomy期刊上发表了文章Design, Synthesis, Mode of Action and Herbicidal Evaluation of Quinazolin-4(3H)-one Derivatives Based on Aryloxyphenoxypropionate Motif，（Agronomy 2022, 12, 1840.）。报道了基于芳氧基苯氧基丙酸酯基序的喹唑啉酮衍生物的除草效果评价及作用方式（图3）。团队成员合成了29个全新结构的喹唑啉酮衍生物，并进行了除草活性测试，发现化合物QPP-7对单子叶杂草具有优异的抑制效果，其在苗前处理，375克/公顷的剂量下对稗草、马唐、狼尾草、狗尾草、牛筋草、野燕麦、互花米草、披碱草等单子叶杂草的抑制率均在90%以上。此外，该化合物对水稻、小麦及花生具有优异的安全性。与商品化的除草剂精喹禾灵相比，该化合物具有对水稻及小麦安全的优势。通过分子对接研究和QPP-7对稗草 ACCase酶的抑制活性研究发现，它是一种ACCase抑制剂。目前的工作表明，化合物 QPP-7 可以作为潜在的先导结构用于进一步开发新型 APP除草剂。该工作将为我国创制具有自主知识产权的新型APP除草剂提供理论借鉴及新型先导结构，具有重要的学术价值及实际应用价值。

图3. 团队工作内容图文摘要