西北农林科技大学（752）植保学院天然产物农药创制及应用团队在天然产物抑菌作用机制研究方面取得重要进展

近日，植保学院天然产物农药创制及应用团队在Plos Pathogens期刊上在线发表了题为“Carabrone inhibits Gaeumannomyces tritici growth by targeting mitochondrial complex I and destabilizing NAD⁺/NADH homeostasis”的研究论文。该研究综合多组学分析阐明了天然倍半萜内酯类化合物——天名精内酯酮（carabrone）通过靶向小麦全蚀病菌线粒体呼吸链复合体I破坏NAD⁺/NADH稳态的抗真菌机制。植保学院博士后任兴玉为论文的第一作者，冯俊涛教授和王勇副教授为论文的共同通讯作者。

植物病原真菌是威胁全球粮食安全和生态平衡的重要生物因素，每年造成巨大的作物产量和经济损失。然而，传统杀菌剂的大量且不合理的使用，导致抗药性问题和环境污染问题日益严重，极大增加了粮食安全保障的压力。因此，迫切需要发掘新的农药分子靶点和开发具有较低抗药性风险的绿色杀菌剂，以应对不断变化的植物保护挑战。

植物次生代谢物是植物为抵御病原菌入侵而进化出的化学防御武器库，是开发新型绿色农药的天然分子库。课题组前期从大花金挖耳中分离到一种具有较好抑菌活性的倍半萜内酯类化合物——天名精内酯酮，对小麦全蚀病、白粉病和灰霉病均具有优异的保护和治疗活性，具有开发为新型植物源杀菌剂的潜力。然而，其精确分子靶点仍不明确，这成为天名精内酯酮合理结构优化和实际应用的重要限制因素。

基于此，本研究通过多组学分析系统解析了天名精内酯酮的抑菌作用机制。时序转录组分析显示，天名精内酯酮显著抑制氧化磷酸化通路并干扰烟酸/烟酰胺代谢通路，同时降低NAD⁺/NADH比率。通过NAD⁺正交途径增加NAD⁺水平显著降低真菌对天名精内酯酮的敏感性，明确了NAD⁺/NADH稳态与抗真菌活性的直接关联。以此为切入点，通过ABPP鉴定、基因沉默筛选及生理生化验证，明确carabrone抑制电子传递链而非ATP合酶调控NAD⁺/NADH稳态。进一步通过丙酮酸添加、引入酵母非质子泵型NADH脱氢酶ScNDI1及酶活测定，证实天名精内酯酮靶向线粒体呼吸链复合体I，破坏NAD⁺/NADH稳态，抑制小麦全蚀病菌生长。本研究首次将线粒体呼吸链复合体I确立为天名精内酯酮的直接抗真菌靶标，揭示其抑制复合体I阻断NADH氧化，进而诱导氧化应激及能量代谢崩溃的致死机制；同时，首次明确Scndi1能够成为复合体I杀菌剂筛选及验证的重要工具。该研究不仅为靶向复合体I新型杀菌剂的开发提供了先导骨架，更建立了靶向复合体I杀菌剂系统验证体系，为应对真菌抗药性挑战提供理论支撑。

Carabrone靶向线粒体呼吸链复合体I的抑菌作用机制模式图

植保学院马志卿教授给予了悉心指导，课题组在读硕士研究生白婧、徐佳颖、刘颖辰及本科生汉盈盈参与了该项工作。该研究得到了国家自然科学基金面上项目和青年项目、中国博士后科学基金面上项目的资助。

文章链接：https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1013567

编辑：王学锋

终审：刘玉峰