吡啶嗪类化合物的杀线虫活性及作用机制研究：新型广谱杀线虫剂的发现与应用

研究人员针对植物寄生线虫(PPNs)造成的全球农业损失问题，系统评估了27种吡啶嗪类化合物的杀线虫活性。其中化合物Py23对南方根结线虫(M. incognita)、松材线虫(B. xylophilus)等4种线虫表现出显著活性(LC50 1.1-4.9 mg/L)，通过抑制过氧化物酶体通路和抗氧化防御系统实现广谱杀灭，为开发新型环境友好型杀线虫剂提供了重要候选分子。

　　

植物寄生线虫(Plant-parasitic nematodes, PPNs)被称为"看不见的作物杀手"，每年造成全球农业损失超过1570亿美元。其中南方根结线虫(Meloidogyne incognita)能侵染4000多种植物，通过口针吸取根系营养形成巨型细胞；松材线虫(Bursaphelenchus xylophilus)则引发松树萎蔫病，造成严重生态经济损失。传统杀线虫剂如甲基溴等因环境毒性被禁用，而新型药剂氟吡菌酰胺(fluopyram)等难以满足市场需求，开发高效低毒的新型杀线虫剂迫在眉睫。

中国农业科学院的研究团队在筛选简单杀线虫先导化合物时，意外发现吡啶嗪类化合物Py1对松材线虫等具有良好活性。为获得更高活性分子，研究人员系统评估了Py1-Py27共27种吡啶嗪衍生物对4种重要PPNs的杀灭效果。通过体外活性测试、酶活检测和转录组分析，发现化合物Py23展现出突出优势：对南方根结线虫、松材线虫、甘薯茎线虫(Ditylenchus destructor)和水稻干尖线虫(Aphelenchoides besseyi)的半数致死浓度(LC₅₀)分别为4.9、1.7、1.2和1.1 mg/L，显著优于对照药剂tioxazafen。该研究发表于《Physiological and Molecular Plant Pathology》，为新型杀线虫剂研发提供了重要突破。

研究采用三大关键技术：1) 体外杀线虫活性测试，用含1% Tween 80的DMSO溶液处理线虫J2幼虫；2) 酶活性检测，分析化合物对线虫抗氧化系统的影响；3) 转录组测序，揭示Py23作用的关键通路。

【体外杀线虫活性】

在100和50 mg/L浓度下，Py23对4种线虫的致死率均超过85%。进一步LC₅₀测定显示，其对水稻干尖线虫的活性最高(1.1 mg/L)，比对照药剂提高8倍。番茄根系接种实验证实，Py23能有效抑制南方根结线虫的侵染能力。

【作用机制研究】

通过转录组分析发现，Py23显著下调松材线虫过氧化物酶体通路基因表达，包括过氧化氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)等抗氧化酶。同时抑制自噬/凋亡相关基因如ATG8和CED-3，导致活性氧(ROS)积累和细胞程序性死亡。此外，Py23还能阻断线虫取食、繁殖和卵孵化，从多途径降低种群密度。

【结论与意义】

该研究首次揭示吡啶嗪类化合物Py23通过破坏线虫抗氧化防御系统发挥广谱杀线虫作用。其多重作用机制包括：1) 抑制过氧化物酶体通路导致氧化应激；2) 干扰自噬/凋亡过程；3) 阻断生长发育关键环节。这种"多靶点打击"策略可有效延缓抗药性产生，为开发新一代绿色杀线虫剂提供了理论依据和候选分子。研究获得国家重点研发计划(2023YFD1400400)和国家自然科学基金(32360687)支持，由Zongnan Zhu、Tingting Du等完成，通讯作者为jixiang chen。