助研新药！蛋白质组学阐述高效植物病原杀菌剂替代物的抗菌机制
景杰学术/解读
植物细菌病由病原细菌引起的植物病害，杀菌剂，如双噻唑（BT），噻二唑铜（TC），链霉素（已被禁用），三唑，杀螨和阿莫巴姆，被广泛用于对抗这些破坏性细菌性疾病。然而，由于这些药剂的长期使用和滥用，它们的效率已大打折扣。更重要的是，致病菌已迅速变异，“进化”出对药剂的防御机制。因此，开发用于对抗农业细菌性疾病的新颖、高效的抗生素替代品迫在眉睫。
近日，国际专业学术期刊Journal of Agricultural and Food Chemistry报道了贵州大学精细化工研究开发中心杨松团队最新研究成果。研究者合成了一种含有异丙醇胺模式的外消旋和手性咔唑衍生物的低成本和高效抗菌候选物，能够显著抑制受试植物病原体的生长，表现出比现有商业化的杀菌剂BT和TC更好的杀菌效果。
研究者进一步运用非标记定量蛋白质组学技术及靶向蛋白质组技术PRM对药物的潜在抗菌机制展开研究，揭示了药物通过影响病原体的多种生理过程，最终导致病原体死亡。景杰生物为本研究的蛋白质组学定量分析提供了技术支持。
1、化合物2f的体内实验
研究者合成了一种具有异丙醇胺模式的外消旋和手性咔唑衍生物，为了评估其对植物细菌性疾病的应用价值，进行了对抗水稻细菌性叶枯病的体内实验。研究发现，化合物2f具有优异的抗Xoo活性（1.27μg/ mL）和合成的便利性，其对细菌性叶枯病具有良好的体内治疗和保护作用。当浓度为200μg/ mL时，化合物2f的控制效率分别为50.77％和48.71％，优于BT（43.47％和40.91％）和TC （42.60％和39.17％）。这一结果表明，这类型的分子结构可以被视为未来高效杀菌剂的替代品。
Figure 1. 化合物2f对水稻的保护作用
2. 差异蛋白鉴定和比较
为了阐明化合物2f的潜在抗菌机制，研究者运用非标定量蛋白质组学技术分析处理组（2f）和对照组（CK）的蛋白组表达差异。研究共鉴定到2337种蛋白质，其中2095种蛋白质具有定量信息。比较结果表明，1848种蛋白质（88.2％）表达水平基本一致，而247种蛋白质的表达水平具有显著差异，其中100种蛋白质发生上调，147种显著下调。
a.重复样品的RSD分布的箱形图; b.对照组和处理组的蛋白质组比较维恩图; c.蛋白相对含量的火山图
3. 化合物2f的抗菌机制
进一步的生物信息学分析表明，含有生物素代谢途径以及淀粉、蔗糖代谢途径的两个主要代谢途径在结果中得到富集并且受到抑制。这两种途径在生物素和D-葡萄糖的生物合成中起关键作用，参与包括脂肪，蛋白质和能量的代谢在内的多种生理过程。抑制这两个途径将导致生长延迟、能量缺乏和生化障碍等严重问题。
化合物2f处理后，生物素代谢途径中一系列蛋白质表达下调（如Fab B, Fab G）。与此同时，在淀粉、蔗糖合成途径中，β-葡萄糖苷酶的表达明显下降可能直接导致GDP-葡萄糖转化为D-葡萄糖，破坏细菌的正常能量代谢，从而导致细菌的正常生命活动失常。这些结果表明，化合物2f通过诱导和影响细菌关键代谢途径的蛋白质，并因此导致细菌正常生理过程紊乱，最终细菌死亡。
综上所述，研究者合成了一种具有异丙醇胺模式的外消旋和手性咔唑衍生物可显著抑制植物病原体的生长，化合物2f，6c和2j相应的EC50值分别为1.27,0.993和0.603μg/mL，表现出比现有商业化的杀菌剂BT和TC更好的杀菌效果。定量蛋白质组学分析表明，与阴性对照相比，化合物2f可诱导总共247种蛋白质（100种上调，147种下调）差异表达，并使用靶向蛋白质组学PRM技术对结果进行了验证。研究揭示了化合物2f的抗菌机制：通过影响病原体的淀粉、蔗糖代谢和生物素合成途径等多种生理过程，最终导致病原体死亡。
参考文献
Zhao YL, et al. (2019), Identification of Racemic and Chiral Carbazole Derivatives Containing an Isopropanolamine Linker as Prspective Surrogates against Plant Pathogenic Bacteria: In Vitro and In Vivo Assays and Quantitative Proteomics. J Agric Food Chem.
本文由景杰学术团队原创，欢迎转发到朋友圈。如有转载、投稿、等其他合作需求，请添加微信ptm-market咨询。
往期精彩回顾
植物蛋白组学：7大热点运用，多篇文章解读植物蛋白质组学的重要研究成果
植物病理：专家评述 | 河南农业大学范国强组首次揭示翻译后修饰介导毛泡桐丛枝病发病新机制
4D蛋白质组学：新一代！4D蛋白质组学2019大事记
ICAR2019：重磅！第30届国际拟南芥大会会议通知（ICAR2019）
CSPB 2019：坐标南昌，中国植物生理与植物分子生物学全国学术年会通知（CSPB2019）
除草剂：山东农业大学王金信团队研究揭示杂草植物对除草剂的抗性机制
拟南芥：Nature：磷酸化组学鉴定拟南芥共同受体BAK1免疫功能的分子机制
水稻：酰化修饰：Genome Biol：水稻组蛋白酰化修饰在逆境下调控基因表达
水稻：巴豆酰化：水稻赖氨酸巴豆酰化修饰及其对基因转录的调控
水稻：胁迫：水稻通过调控乙酰化和琥珀酰化修饰响应非生物氧化胁迫