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植物细菌病害严重威胁全球粮食安全，细菌耐药问题凸显。研究人员以色胺为前体设计新型杀菌候选物。结果显示，分子 B3 对 Xoo 和 Xac 抑制效果优异，能诱导 ROS 积累。这为杀菌剂开发提供新方向，助力解决植物细菌病害难题。
在广袤的农业世界里，植物细菌病害如同一场挥之不去的阴霾，严重威胁着全球粮食安全。像水稻细菌性条斑病（由 Xanthomonas oryzae pv. oryzae，简称 Xoo 引起 ）、柑橘溃疡病（由 Xanthomonas axonopodis pv. citri，简称 Xac 引起），还有猕猴桃细菌性软腐病（由 Pseudomonas syringae pv. actinidiae，简称 Psa 引起）等，这些病害每年都会让农作物大幅减产，造成的经济损失高达 2200 多亿美元。
为了应对这些病害，人们研发了不少农药，比如链霉素和噻霉酮（BT） 。但长期使用单一农药，使得细菌产生了耐药性，效果大打折扣。而且，随着环保和食品安全要求越来越高，高毒农药被禁止使用，开发新型、安全又高效的农药迫在眉睫。
在此背景下，国内研究人员开启了一场探索之旅。他们把目光投向了 1,2,3,4 - 四氢 -β- 咔啉（THC）化合物，这类化合物广泛存在于水果、蔬菜、酒精和巧克力中，有着多样的生物活性。不过，之前 THC 衍生物在农业抗菌方面的研究并不多，而且其刚性结构也限制了抗菌效果。研究人员决心通过修饰柔性桥链，设计新的 THC 衍生物，探索其抗菌潜力，该研究成果发表在《Bioorganic Chemistry》上。
研究人员开展这项研究主要用到了以下几种关键技术方法：利用核磁共振（NMR）光谱仪分析目标化合物结构；借助多功能酶标仪测量光密度（OD）值，以此评估细菌生长情况；运用扫描电子显微镜（SEM）观察细菌形态变化；采用 ROS 检测试剂盒并结合显微镜，测定细胞内活性氧（ROS）水平 。
合成与抗菌评估
研究人员将 4 - 异丙基苯基和 4-OCF3- 苯基引入 C 环 1 位，并在 2 位 NH 基团上引入柔性桥链，合成了两个系列的外消旋目标化合物。结果发现，这些化合物中，相比母体分子 B，目标化合物对 Xoo 和 Xac 的抑制活性更优，对 Psa 也有广谱抗菌活性，其中化合物 B3 表现最为突出，其对 Xoo 的 EC50为 1.32 μg/mL，对 Xac 的 EC50为 2.80 μg/mL ，远超商业药剂 BT 和噻唑锌（TC）。
体内抗菌效果测试
在 200 μg/mL 浓度下进行体内试验，结果显示化合物 B3 对 Xoo 的防护效果达到 53.87%，对 Xac 的防护效果更是高达 91.2%，超过了 TC，这表明 B3 在实际应用中有着良好的抗菌潜力。
作用机制探究
研究人员深入探究 B3 的抗菌机制，发现它能够破坏细胞内的氧化还原平衡，导致 ROS 积累，进而诱导细胞凋亡。这揭示了 B3 作为 ROS 诱导剂发挥抗菌作用的关键路径。
研究表明，新合成的一系列带有柔性桥链和含氮杂环取代基的 THC 衍生物，展现出了强大的抗菌能力。其中 B3 尤为突出，无论是体外对 Xoo、Xac 和 Psa 的抑制，还是体内对 Xoo 和 Xac 的防护，都表现优异。而且，研究还明确了 B3 通过诱导 ROS 积累来抗菌的机制。
这项研究意义重大，不仅找到了像 B3 这样极具潜力的 ROS 诱导剂，为新型杀菌剂的开发提供了新方向，还有助于深入理解 ROS 在对抗细菌病害中的作用。未来，有望基于这些发现，开发出更多高效、低毒的新型农药，为全球粮食安全保驾护航，有效应对日益严峻的植物细菌病害挑战，减少农业生产损失。
