针对微管蛋白的新型抗真菌支架成功克服了核盘菌（Sclerotinia sclerotiorum）的耐药性

《Advanced Science》：Novel Antifungal Scaffold Targeting Tubulin Overcomes Sclerotinia Sclerotiorum Resistance

针对广谱真菌病原菌S. sclerotiorum的农药抗性问题，设计并合成了新型螯合酮-酰肼杂交化合物G24，通过分子对接、动态模拟等机制研究证实其通过抑制微管聚合发挥抗真菌作用。开发聚脲微胶囊载体（G24-Loaded PU-MCs）后，制剂田间持效期延长2-3倍，叶面沉积率提高2.4倍，且对植物生长无显著抑制。该研究为抗药性真菌防控提供了结构创新与制剂优化的双重解决方案。

　　在当前农业领域，病原菌的抗药性问题日益严重，尤其是在广泛宿主范围的真菌病原体如S. sclerotiorum中，这一现象对全球农作物生产和食品安全构成了重大威胁。为了解决这一问题，科学家们正在探索新型化合物的设计与合成，以期找到具有全新作用机制的抗真菌剂。本研究设计并合成了一种新型的**色酮-酰肼杂化骨架**，其作用目标为真菌的**微管蛋白**，并发现其中一种化合物G24对S. sclerotiorum表现出显著的抑制效果，其半数有效浓度（EC₅₀）仅为0.21 μg/mL，比传统杀菌剂具有更高的效率。这一发现表明，G24可能成为一种高效且可持续的抗真菌药物候选物。

在农业中，真菌病害的防控至关重要。S. sclerotiorum是一种广谱性真菌病原体，对大豆、油菜、向日葵和多种蔬菜作物造成严重危害。它不仅导致产量下降，还可能引发农作物污染，如毒素如脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）和镰刀菌毒素（fumonisins），这些毒素对人类和牲畜的健康构成威胁。因此，开发高效且安全的抗真菌药物是当前农业科研的重要方向之一。目前，常用的杀菌剂如苯并咪唑类化合物（如CB）因广泛使用，已导致S. sclerotiorum出现抗药性，因此亟需开发新的杀菌剂，以应对这一挑战。

在药物开发过程中，天然产物骨架常常被用作灵感来源。色酮结构因其独特的化学特性，在天然化合物中广泛存在，常用于抗肿瘤、抗真菌、抗疟疾和抗病毒药物的开发。然而，尽管已有大量研究关注色酮类化合物在抗肿瘤中的应用，其在抗真菌领域的潜力仍待进一步挖掘。与此同时，酰肼基团因其能够与生物靶标形成协调作用，成为药物设计中的重要功能片段。例如，市场上的一些抗真菌药物，如Ferimzone和Benquinox，均含有酰肼结构。此外，酰肼基团能够通过氢键与微管结合位点的氨基酸残基相互作用，从而增强其生物活性和靶标亲和力。因此，探索结合色酮和酰肼结构的新型杀菌剂具有重要的科学意义和应用价值。

为了提高杀菌剂的使用效率并减少对环境的影响，研究者们还开发了**微胶囊技术**，以实现杀菌剂的缓释效果。本研究中，采用聚氨酯（PU）作为载体材料，成功制备了G24负载的微胶囊（G24-Loaded PU-MCs），其封装效率达到89.41%。这种微胶囊不仅提升了杀菌剂的稳定性，还改善了其在作物叶片上的附着性能，并延长了对病原体的抑制作用。这一技术的引入，为农业上可持续的杀菌剂应用提供了新的思路。

在生物活性研究中，G24在体外和体内均表现出良好的抗真菌效果。体外实验显示，G24对S. sclerotiorum的抑制效果显著，且在特定浓度下对其他真菌（如Gibberella zeae、Alternaria alternata、Botryosphaeria dothidea、Fusarium oxysporum和Verticillium dahlia）也具有显著的抑制能力。更进一步的测试表明，G24对CB抗性菌株的抑制效果优于CB本身，显示出其对真菌的特异性作用。此外，G24在高浓度（100 μg/mL）下，对真菌的保护效果达到88.19%，治疗效果达到69.14%，远超传统杀菌剂。这表明G24在农业应用中具有广阔的前景。

在分子层面，研究者们通过分子对接、分子动力学模拟和免疫荧光染色等手段，揭示了G24作用机制。分子对接分析显示，G24能够与β-微管蛋白的结合位点形成稳定的相互作用，包括氢键和疏水作用。而分子动力学模拟进一步证明，G24与微管蛋白的结合显著改变了其构象动态，使其更易于与微管结合并干扰其聚合过程。免疫荧光染色结果显示，G24能够破坏真菌细胞内的微管网络，导致细胞形态异常，甚至细胞崩溃。这些分子层面的发现，为理解G24的抗真菌机制提供了坚实的基础。

除了抗真菌活性，研究还关注了G24对哺乳动物细胞的毒性。通过MTT法检测，发现G24在多种浓度下对NRK和SV-HUC-1细胞的毒性显著低于传统杀菌剂5-氟尿嘧啶（5-FU），且在100 μmol/L浓度下，其对哺乳动物细胞的抑制效果与5-FU相当。这表明G24具有较高的安全性，可能成为一种既高效又对人体无害的新型杀菌剂。进一步的分子对接分析也揭示了G24与哺乳动物微管蛋白的结合特性，显示出其对真菌具有更高的亲和力，从而实现对真菌的特异性抑制，同时避免对哺乳动物的毒性影响。

为了进一步优化G24的使用效率，研究团队还开发了G24负载的聚氨酯微胶囊。通过扫描电子显微镜（SEM）和光学显微镜观察，微胶囊具有良好的球形结构，且在水溶液中表现出高分散性和低聚集性。此外，通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析，确认了G24在微胶囊中的物理封装，未发现其与聚合物之间的化学反应。动态光散射（DLS）分析显示，微胶囊的粒径分布范围为58–981 nm，其中主要粒径集中在147.6 nm，表明其具有一定的均匀性。热重分析（TGA）结果显示，G24在微胶囊中的热稳定性显著提升，其释放过程分为三个阶段：初始水分释放、聚氨酯基质分解和G24的挥发。这种缓释机制有助于延长杀菌剂在作物表面的作用时间，提高其在田间环境中的持久性。

在实际应用中，G24负载的微胶囊表现出优异的附着性能和雨后残留能力。通过接触角和表面张力测试，发现其溶液在作物叶片上的湿润能力显著优于传统杀菌剂CB-SC。这表明G24微胶囊能够更有效地附着在作物表面，并在降雨后仍能保持较高的活性。此外，通过实验测试，发现G24微胶囊在降雨模拟测试中表现出约74.3%的残留率，远高于CB-SC的残留率。这种增强的附着性和雨后稳定性，有助于提升杀菌剂在田间环境中的应用效果，减少重复喷洒的频率，从而降低环境污染。

在安全性方面，研究团队还评估了G24微胶囊对油菜植物的影响。通过7天的生长实验，发现G24微胶囊处理组的油菜幼苗在根长、茎长和鲜重等方面与对照组无显著差异，表明其对作物具有良好的生物相容性。这一结果对于推广G24微胶囊作为农业杀菌剂具有重要意义，因为它不仅具有高效抗真菌能力，还能确保作物的健康生长，减少对环境的负面影响。

本研究还涉及对G24微胶囊的物理化学性质的系统分析。通过FTIR光谱，确认了G24与聚氨酯之间的物理封装关系，未发现化学键合现象。这表明G24在微胶囊中保持了其化学结构的完整性，从而确保其生物活性。此外，通过动态光散射和热重分析，进一步验证了微胶囊的粒径分布和热稳定性，为后续的田间应用提供了坚实的理论支持。

在研究过程中，科学家们还通过一系列实验验证了G24的抗真菌效果，包括对真菌孢子萌发的抑制、对菌丝形态的破坏以及对微管结构的干扰。实验结果显示，G24在不同浓度下对S. sclerotiorum的孢子萌发具有显著的抑制作用，且在某些情况下效果优于CB。这些结果表明，G24可能通过干扰真菌的细胞结构和微管功能，从而有效抑制其生长和繁殖。

此外，研究团队还关注了G24对作物叶片的附着和残留特性。通过接触角测试，发现G24微胶囊在叶片表面具有良好的湿润能力，能够更均匀地分布并长时间保持活性。这种特性有助于提高杀菌剂的使用效率，减少浪费，同时降低对非目标生物的潜在影响。

在整体研究中，科学家们通过结合分子设计与微胶囊技术，开发了一种具有高效、安全和环境友好特性的新型杀菌剂。这种综合策略不仅有助于解决真菌抗药性问题，还为农业可持续发展提供了新的技术路径。未来，研究团队计划通过田间试验进一步验证G24及其微胶囊形式的实际应用效果，并继续优化微胶囊技术，以提高其在农业生产中的适用性。

本研究的意义在于，它不仅提供了一种新型抗真菌化合物，还展示了如何通过微胶囊技术提高其在农业中的应用效果。这种结合分子设计与制剂工程的方法，为开发具有高效、安全和环境友好的新型杀菌剂提供了新的思路。未来，随着对病原体分子机制的深入研究和制剂技术的不断优化，有望开发出更多针对不同病原体的高效杀菌剂，为全球农业可持续发展提供强有力的支持。