天然噻吩類化合物是一類較罕見的植物次級代謝物質,其特殊性在于結構中存在著1-5個不等的硫原子。硫原子是植物生長發育不可缺少的元素之一,是維持植物正常生長發育的重要組成。植物耗費其自身大量的物質(S)和能量來產生含硫的噻吩類化合物的原因何在,是否具有重要的生態學意義呢?中央民族大學生命與環境科學學院武海波博士以富含噻吩的植物藍刺頭(Echinops latifolius)為材料,通過化學和生物學相結合的研究方法,發現了一些結構新穎的二聚雙噻吩類化合物(圖1),進一步證實這些化合物在植物抵御病原真菌和寄生線蟲中的重要作用,在生物源農藥研發領域具有良好的應用前景。2020年10月15日,該研究結果以“Novel Bithiophene Dimers fromEchinops latifoliusas Potential Antifungal and Nematicidal Agents”為題在國際著名學術期刊Journal of Agricultural and Food Chemistry(SCI農林科學大類一區)在線發表。文章鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jafc.0c00169。
圖1.二聚雙噻吩類化合物的結構及其生物學活性
通過天然產物提取、分離鑒定方法,對藍刺頭根部噻吩類化合物的分離,確定了化合物的結構,其中echinbithiophenedimers A?C具有新穎的骨架結構,是首次報道的含有1,3-二氧戊環或1,4-二氧六環的二聚雙噻吩類化合物。生物活性研究結果表明,這些化合物對多種植物病原真菌具有良好的殺菌活性,對線蟲也有較強的殺線活性,是植物抵御真菌及線蟲侵染的重要防御物質。更有意思的是,相比于它們的前體化合物arctinol-b(圖2),通過分子間反應形成的二聚雙噻吩具有更高的生物活性,說明植物耗費更多的物質和能量產生結構更為復雜的次級代謝產物有其合理性,從而解釋了植物產生噻吩及結構更復雜的二聚雙噻吩的生態學意義。
本研究的創新性在于:發現了結構新穎復雜的二聚雙噻吩化合物,是植物抵御真菌及線蟲侵染的重要防御物質。研究揭示了噻吩類化合物在植物與真菌和線蟲相互作用中具有多重生態功能,對研究植物化學生態學和生物防御具有重要的參考價值。
圖2.二聚雙噻吩的生物合成途徑推測
武海波博士為本文的第一作者和共同通訊作者。本研究工作有3位2017級化學專業本科生參與。該研究得到國家自然科學基金項目(31800278)的資助。
武海波博士的本、碩、博皆就讀于中央民族大學生命與環境科學學院,目前在學院實驗中心工作。2018年加入植物生態學科研創新團隊,主要從事化學生態學、天然產物化學等研究工作。2019年入選學校優秀青年培育人才。現主持國家自然科學基金項目1項,以第一作者或通訊作者發表SCI一區論文5篇。
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