杂草与农作物争夺生长发育所需的资源，给农业生产和产量造成重大损失。尽管已经进行了广泛的研究，但是在最近几十年中，还没有开发出以新的作用方式起作用的除草剂，并且由于环境和毒理学的考虑，一些现有的除草剂正被监管者从市场上移除。此外，除草剂的大量使用对杂草施加了持续的选择压力，加速了除草剂抗性的演变。植物中必需氨基酸的合成对其生存和生长至关重要，因此这些细胞途径是发现新的杂草抑制分子的目标。

　　近日，以色列植物科学实验室及其合作者在Plant Biotechnology Journal杂志上在线发表了题为discovery and characterization of small molecule inhibitors of cystathionine gamma-synthase with in planta activity的研究论文。该研究旨在发现新的有机小分子，通过抑制胱硫醚γ-合酶（Cgs）基因相关肽，从而抑制植物细胞和植物活性。此研究与采用表型筛选的研究不同的是，作者采用了一种基于结构的方法，在计算机上筛选了一个大型虚拟小分子文库，并通过生化、细胞和植物分析选择了一组化合物进行进一步研究。

　　在必需氨基酸中，相对于其他氨基酸来说，甲硫氨酸的生物合成途径较少用于开发新的抑制剂。甲硫氨酸是植物细胞中的一种基本代谢物，在植物中，甲硫氨酸调节多种细胞过程，如植物激素乙烯、维生素如生物素、多胺亚精胺和精胺的合成；在植物生长的许多方面发挥重要作用，包括细胞增殖和分化、凋亡、体内平衡和基因表达。因此，甲硫氨酸被认为是植物新陈代谢的关键因素。胱硫醚γ-合酶（Cgs）是甲硫氨酸生物合成中的关键酶，该研究基于对小分子数据库的电子筛选和过滤，鉴定到了能够结合靶标酶的小分子。实验发现这些具有活性的小分子能有效抑制BY-2烟草细胞的活力和拟南芥在琼脂平板上的幼苗生长。

　　BY-2烟草细胞的活力的鉴定是每种化合物处理后的活细胞数相对于用等量溶剂处理的细胞数。CGSI-2、CGSI-4、CGSI-8具有生物活性，并抑制细胞生长。可以观察到，具有较高亲和力的分子不一定表现出最佳的细胞活性。CGSI-2分子显示出一致的活性，而CGSI-4在BY-2细胞中显示出高活性，在幼苗发育分析中仅显示出中等活性。细胞活性之间的这些差异通常是由于细胞渗透性差、溶解度变化或细胞内分子的化学变化引起的。

　　接着通过在琼脂平板上监测拟南芥种子发芽率、根长和根质量来定量评价拟南芥种子萌发和幼苗中的植物活性，这些参数通常用于确定化合物对目标植物的毒性。与在含有溶剂的培养基上生长的幼苗的根相比，这些化合物影响幼苗的根长度，同时使用了含有已知除草剂草铵膦的平板作为对照，其发芽率无显著差异。然而，当平板具有CGSI-2、CGSI-4和CGSI-8时，出现了对根生长的高度抑制，这与BY-2活力测定的结果一致，最后，测定了CGSI-2对拟南芥幼苗根长的浓度依赖性效应，其呈现出了一个明确的剂量反应效应。

图 1  拟南芥种子经选择性抑制剂处理后的萌发

　　综上所述，该研究成功地定义了一种能结合胱硫醚γ-合酶（Cgs）基因相关肽的小分子，它能够抑制酶活性、BY-2细胞的增殖和幼苗根的发育，为CGSI-2和CGSI-4在应用中的适用性建立了初步的验证。       （来源：植物生物技术Pbj）

农药快讯, 2021 (7): 7.