08-段红霞-以气味相关蛋白为导向的(E)-β-法尼烯类似物的设计、合成和生物活性

以气味相关蛋白为导向的(E)-β-法尼烯类似物的设计、合成和生物活性

段红霞中国农业大学2016-7-29E-mail:hxduan@1中国化工学会农药专业委员会第十七届年会郑州2内容提要引言1含芳香环EBF类似物与MvicOBP3作用模式研究2以OR136结构为导向的茉莉酸类化合物构效关系研究334445基于气味相关蛋白结构为驱动的新分子设计总结6致谢6农药存在的问题水生无脊椎动物毒性非靶标生物危害蜜蜂毒性DDT有机磷新烟碱双酰胺类2-3年2-3年3-5年5年？钠离子通道GABA受体AChE钠离子通道AChR鱼尼丁受体抗性问题图1-1田间产生抗性大约的时间间隔高希武，第三届中国农药论坛,南开大学,20153新政2015年，农业部出台《到2020年农药使用量零增长行动方案》：“十三五”时期，实现农药减施增效已成为社会共识。

2016年，中央“一号文件”：“加大农业面源污染防治力度，实施化肥农药零增长行动”。.[1]2016,国务院《关于落实发展新理念加快农业现代化实现全面小康目标的若干意见》[2]2015,农业部《到2020年农药使用量零增长行动方案》行为控制剂气味结合蛋白>5年4推拉策略（Push-PullStrategy）作为现代害虫综合防治的一种策略（Pyke,1987）1）在作物使用驱避物质将害虫驱离；2）在作物以外使用引诱物质将害虫引出来集中消灭。基本原理：综合利用行为调控物质来调控害虫及其天敌的分布与密度，从而降低害虫对被保护作物的危害。害虫天敌化学信息素推拉策略是害虫综合治理中有效降低农药使用量的重要工具。CookSM,KhanZR,PickettJ.2006图1-1.昆虫嗅觉受体感知气味小分子的感知机制1.1昆虫嗅觉产生模式[1][1]W.S.Leal,AnnualRevievwEntomology,2013,

58,373–91.

气味小分子气味结合蛋白(OBP)BandA:气味受体(OR-Orco)果蝇冈比亚按蚊桃蚜意蜂引言5昆虫嗅觉是调控昆虫取食，定位，产卵，寻偶等行为的关键。1.2气味相关蛋白--(odorantrelatedprotein)[2-7]OBPPBPGOBPLUSH[3]CquiOBP1[4]BmorPBP[2]图1-2.几种广泛研究的昆虫OBPs[2]Coil-to-helixtransitionandligandreleaseofBombyxmoripheromone-bindingprotein.Biochem.BiopHys.Res.Commun.

2005,335:

1044-1050.[3]Theroleofmultiplehydrogen-bondinggroupsinspecificalcoholbindingsitesinproteins:insightsfromstructuralstudiesofLUSH..J.Mol.Biol.

2008,376:1360-1376.[4]Crystalandsolutionstructuresofanodorant-bindingproteinfromthesouthernhousemosquitocomplexedwithanovipositionpheromone.Proc.Natl.Acad.Sci.USA

2010107:19102-19107.[5]CrystalstructureofApismelliferaOBP14,aC-minusodorant-bindingprotein,anditscomplexeswithodorantmolecules.InsectBiochem.Mol.Biol.2012,42:41-50.[6]K.hariniandr.Sowdhamini.

BioinformaticsandBiologyInsights

2012:633–47.[7]MaurizioPellegrino,NicoleSteinbach,MarcusC.Stensmyr.

Nature2010,478,511–514.AmelOBP14[5]OROrcoOR图1-3.果蝇ORs模型DmelORs62014年全国麦蚜发生面积（2.66亿）1.3蚜虫的危害马铃薯上的蚜虫西瓜上的蚜虫苹果上的蚜虫月季上的蚜虫中央气象台,http:///,2016.04.7危害范围2015：发生面积2.55亿亩次（黄淮海、长江中下游、西北）2016：发生面积2.65亿亩次（黄淮海、长江中下游、西北）(E)-β-farnesene(EBF)

反-β-法尼烯Bowers,W.S.etal.Science,1972,177,1121KunertG,etal.Ecol.Lett.2005,8,596Wohlers,P.Entomol.Exp.Appl.1981,29,117VanOosten,A.M.etal.ActaPhytopatholEntomolHung,1990,25,331Joachim,C.etc.Journalofchemicalecology2015,1-9.多重生物活性:——

化学信息通讯物质EBF：当蚜虫受到威胁时释放的一种信息化学物质，警示同种个体逃离危险之地天敌蚜虫驱避引诱杀蚜优点：生物活性高用量少无抗性无污染缺点：易挥发易氧化不稳定不利于田间使用81.4蚜虫报警信息素a.驱避作用b.引诱天敌图1-5.EBF的双重作用图1.5EBF及其类似物的研究[8-16][8]李正名，王天生,化学学报，1987，45，1124-1128.[9]张钟宁，刘殉，昆虫学报，1988，31，435-438.[10]杨新玲,黄文耀.高等学校化学学报,2004,l25:1657-1661.[11]康铁牛,凌云.有机化学,2008,04:617-621.[12]孙玉凤，中国农业大学博士学位论文,2011,6.[13]孙亮，凌云，王灿等.有机化学,2011,31(12):2061-2066.[14]刘少华，中国农业大学博士学位论文,2014,6.[15]Sun,Y.F.;De,B.F.;Qiao,H.L.;etal.PloSOne,2012,7(3):e32759.[16]HuiliQiao.Insectbiochemistryandmolecularbiology,2009,39:414-419.图1-6.EBF类似物的结构改造ApisOBP3和ApisOBP7为EBF类似物的潜在靶标!图1-7.EBF类化合物与不同ApisOBPs的结合活性9CAU1204是否可以基于气味相关蛋白结构，设计和发现新型、高效的绿色昆虫行为控制剂？科学问题：102.含芳香环EBF类似物与MvicOBP3作用模式研究2.1MvicOBP3蛋白的研究表3-1.MvicOBP3a与蚜虫OBPs序列对比THR(亲水&极)(疏水&非极)VALSERILE图3-1.模建ApisOBP3（红）与MvicOBP3(蓝)叠合图aScientificReports.2016,6:24739.11图3-2.

含吡唑环、苯环EBF类似物结合模式2.2含吡唑(苯)环的EBF类似物与MvicOBP3的作用高活性CAU-46结合模式低活性CAU-30结合模式低活性CAU-36构象高活性CAU-38构象12图3-5.含三嗪环EBF类似物活性与logP值相关性图3-4.含三嗪环EBF类似物打分与活性相关性2.3含三嗪环EBF类似物的蛋白结合活性预测高活性化合物QYG-26图3-3.含三嗪环EBF类似物与蛋白MvicOBP3的结合模式低活性化合物QYG-1013Fig.1HeterodimermodelofOrcoandOR22a

in

D.Melanogaster[18]Ligand-bindingdomainFunctionaldomain14ExtracellularIntracellularIIIIIIIVVVIVIIICL-2Fig.2ThepredictedCquiOR136modelingbasedon1F88template3.1CquiOR136的同源模建3.以OR136结构为导向的茉莉酸类化合物构效关系研究[18]K.HariniandR.Sowdhamini,BioinformaticsandBiologyInsights2012:633–47[19]PingxiXu,Young-MooCHoo,AlyssaDeLaRosa,andWalterS.Leal.PNAS,2014(111):16592-16597.3.2CquiOR136的配体结合腔预测[19]图4-1.CquiOR136的RMSD、RMSF变化趋势表4-1.口袋预测对接打分情况图4-2.CquiOR136的结合口袋Site4153.3与CquiOR136具有结合活性化合物的3D-QSAR研究

图4-3.CoMFA模型立体场和静电场等势图图4-4.CoMSIA模型的疏水场、氢键受体场等势图②酯基支链上引入正电性基团③酯基支链上增加疏水性基团④酯基支链上减小氢键受体场Methyldihydrojasmonate①烷基支链引入大基团茉莉酸类化合物改造：酯基引入疏水性长链有利于其与靶标的结合。CoMFACoMSIAq20.5990.511R20.9750.997表4-2.3D-QSAR数据163.4相同配体对OBP和OR的结合相关性研究图4-5.化合物与蛋白打分的变化

相同配体与OBP和OR结合能力有相关性图4-6.picaridin、EBF与OR136结合模式图

PicaridinPMDIR3535DEETMethylJasmonateJasmonicacidEBF174.含茉莉酸EBF类似物的设计、合成与生物活性先导化合物目标化合物类农药性规则-104567321

疏水值（CLogP）MeJA2.43EBF6.36[21]郝格非,农药合理设计的分子基础研究,华中师范大学博士学位论文,2011,3.图5-1.基于疏水性特征对新化合物设计4.1新化合物的设计[21]图5-2.新化合物与MvicOBP3蛋白结合自由能的预测D1、D2、D5、D6与MvicOBP3结合自由能较低+18疏水结合域4.2目标化合物与蛋白结合模式图5-11.D2与MvicOBP3氢键与疏水作用图5-12.D1，2HMJ与CquiOR136疏水作用化合物被大量疏水残基包围，表现出高活性EBF类似物的分子结合构象，预测其可能具有高蛋