“A Novel Dual-Target Compound Designed With Potent Herbicidal and Fungicidal Activity Inspired by Conserved Phytoene Synthase Domains”文章发表在《Plant Biotechnology Journal》。本研究基于比较基因组学，发现植物类胡萝卜素合成关键酶八氢番茄红素合成酶（PSY）与真菌麦角固醇合成关键酶角鲨烯合成酶（erg9）存在进化保守结构域，据此设计并筛选出首个兼具除草和杀菌活性的双靶点化合物1c。该化合物通过特异性结合PSY和erg9，分别阻断植物类胡萝卜素合成与真菌麦角固醇合成，实现双重防治效果，为新型广谱绿色农药研发提供了全新策略。
研究背景
2050年全球人口预计达98亿，粮食需求激增，而农药滥用导致的抗药性问题严重威胁农业生产。开发作用机制新颖的双靶点农药是成本效益高的综合病虫害防治方案。类胡萝卜素合成通路对植物光合作用至关重要，PSY作为该通路限速酶，其同源蛋白在真菌中为erg9（麦角固醇合成关键酶，影响真菌细胞膜完整性），两者的结构保守性为双靶点药物设计提供了基础，且此前尚无针对该保守域的双功能农药报道。
实验方法
采用比较基因组学和多序列比对，分析PSY与erg9的结构保守性；
通过病毒诱导基因沉默（VIGS）和CRISPR-Cas9基因敲除，验证PSY（植物）和erg9（真菌）的必需性；
针对拟南芥PSY结构进行21万化合物库虚拟筛选，结合理化性质分析和生物活性测定，获得先导化合物1a；
基于构效关系设计合成28个衍生物，通过除草、杀菌活性筛选优化得到化合物1c；
利用表面等离子体共振（SPR）、差示扫描荧光法（DSF）验证化合物与靶点的结合能力；
借助转录组、代谢组分析及分子动力学模拟，阐明化合物作用机制。
核心结果
PSY与erg9的序列相似性达27.29%，三级结构RMSD值仅0.542，关键催化位点高度保守，且两者均为宿主生存必需靶点；
化合物1c与PSY（KD=45.0±24.1μM）和erg9（KD=46.5±9.8μM）均具有高亲和力，能诱导植物白化表型（类似PSY敲除突变体）和真菌菌丝断裂（类似erg9敲除表型）；
1c处理后，植物类胡萝卜素合成底物积累、活性氧爆发，叶绿素降解，光合作用相关基因显著下调；真菌细胞膜完整性破坏，菌丝脱水破裂；
分子动力学模拟显示，1c通过疏水作用、π-π堆积及氢键与靶点稳定结合，对erg9的结合自由能（-44.41kcal/mol）优于同类化合物6c。
研究结论
本研究首次验证了基于跨物种保守结构域设计双靶点农药的可行性，化合物1c作为先导结构，为后续优化提供了模板。该策略通过靶向“靶标组结构相似性”，突破了传统单靶点农药的局限，不仅解决了抗药性问题，还兼具环境友好性（靶点通路在动物中缺失）。未来可通过计算生物学工具进一步优化化合物选择性，推动其在可持续农业中的应用，为广谱农药研发提供新范式。