AI驱动10天快速筛选：靶向FgCpo的抗真菌先导化合物发现与验证新策略

《Pesticide Biochemistry and Physiology》：From AI modelling to validation: A 10-day pipeline for potential lead compounds validation

本研究创新性地构建了一套高效整合的计算与实验验证流程，通过AlphaFold3蛋白建模、双策略虚拟筛选、分子动力学模拟及生物验证，在10天内成功从160万化合物中鉴定出靶向禾谷镰刀菌血红素合成限速酶FgCpo的高效抑制剂Chemdiv_2925，其对8种植物病原菌EC50达23.55-198.83μg/mL，为农药研发提供了加速范式。

　　

Highlight

菌株、培养基与化合物

实验所用菌株均由本实验室保存。化合物敏感性测定采用马铃薯葡萄糖琼脂培养基(PDA；200g马铃薯+20g葡萄糖+15g琼脂/升水)。化合物Chemdiv_2925由Chemdiv公司提供，用DMSO溶解后4℃保存。

系统发育分析

通过比对禾谷镰刀菌与其他8个物种（轮枝镰刀菌、尖孢镰刀菌、核盘菌、酿酒酵母等）的Cpo氨基酸序列构建系统发育树，采用MEGA7软件邻接法分析，自举值设1000次重复。

禾谷镰刀菌FgCpo基因鉴定

FgCpo（由FGSG_10739编码，含408个氨基酸残基）在真菌中高度保守。多序列比对与系统发育分析显示：其与轮枝镰刀菌、尖孢镰刀菌同源性达100%，高于灰葡萄孢（99%）、核盘菌（98%）、粗糙脉孢菌（94%）和稻瘟病菌（93%）。三级结构预测表明该蛋白在镰刀菌属内高度保守但种间存在差异。

靶点建模与虚拟筛选

采用AlphaFold3构建FgCpo高精度三维模型（置信度pLDDT>90）。通过Autodock Vina和LeDock双对接策略筛选160万化合物库，选取结合能<-8.5kcal/mol的8个候选化合物。Chemdiv_2925与活性口袋关键残基（Gly357/Thr358）形成竞争性结合。

分子动力学模拟

经300ns分子动力学模拟验证，Chemdiv_2925与FgCpo结合稳定（RMSD<2.5?），关键氢键保留率>80%。MM-PBSA计算结合自由能为-28.5kJ/mol。

体外抗真菌活性测定

采用菌丝生长抑制法测定EC₅₀。Chemdiv_2925对禾谷镰刀菌孢子萌发的MIC值为41μg/mL，对8种植物病原菌EC₅₀范围为23.55-198.83μg/mL。显著抑制DON毒素合成（抑制率69.6%）。

基因表达分析

qRT-PCR显示Chemdiv_2925处理显著上调血红素合成通路基因（FgHEM13/FgHEM14等）表达，证实其通过干扰血红素稳态发挥抑菌作用。

结论

本研究首次建立从靶点建模到化合物验证的10天快速 pipeline，成功鉴定出靶向FgCpo的高效抑制剂Chemdiv_2925，为新型杀菌剂的开发提供了创新性加速方案。