导读

植物病害威胁作物生长和粮食安全，导致产量降低或品质变劣等，每年可造成高达数千亿美元的经济损失，带来了严重的经济损失和社会问题。目前，在防治植物病原菌的诸多措施中，使用化学杀菌剂仍是农业生产中预防和防治作物病害的主要措施之一，但因其长期以来化学杀菌剂的大量使用引起抗药性的普遍迅速发展，抗性问题日趋严重，防治效果日益下降，致使病害控制难度及防治成本加大，能够有效防治病害的药物非常有限。同时，由于其过量使用也导致的农药残留对生态环境、公共卫生和食品安全产生了潜在危害。因此，研究与开发能有效控制植物病害的高效、低毒、低残留、具有独特作用机理的新型杀菌剂，已成为目前农用杀菌药物创制的首要目标之一。

天然源农药因其对有害生物作用方式多样新颖，作用机理独特，易于发现新的分子结构及作用靶标，公认其具有低毒、低残留及不易产生抗性等优点，可降低或避免目前传统化学农药带来的“农药公害”，逐渐成为目前农药领域的研究热点之一。天然产物是蕴含具农药活性化合物的宝库，由其产生的次生代谢产物已超过数千万种，构成了各具特色的化学生态，为创制天然源农药提供了丰富的物质基础，亦是发掘新一代农药先导结构的重要源泉。近年来，兰州大学刘映前团队以开发天然源杀菌剂为主要目标，以多种重要经济作物农业病害为防治靶标，采用活性追踪与化学分离相结合的研究手段先后从厚朴、当归、大黄、牛至、骆驼蒿、金鸡纳、白叶藤、吴茱萸、甘草、喜树、博罗回、白芷、黄芪、五味子、补骨脂、紫檀、啤酒花、黄芩等天然植物资源中筛选获得了多个具有优异抑菌作用的高活性先导化合物，构建了结构丰富的具抗菌功效的天然源及其新化学实体化合物库，并以筛选获得的高活性先导化合物为修饰和优化目标，综合运用多样性导向合成、生物电子等排、骨架跃迁、活性官能团导向设计以及后修饰策略等分子优化操作，融合多层次化学结构特征系统开展了天然源“优势结构”和“药效骨架”导向的全新化学实体的设计合成与结构优化研究，已取得了一系列重要研究成果，获得了多个具开发前景的高活性候选先导，其系列相关成果已在高水平期刊J. Agric. Food Chem、Pest. Manag. Sci、Europ. J. Med. Chem、Bioorg. Chem、Indust. Crops. Prod.、Pest. Biochem. Physiol.等杂志上发表。 

课题组在抗菌药物应用转化与功能性产品开发平台体系建设工作

课题组在抗菌先导药物库构建和信息化平台体系建设工作

为了更好地了解刘映前教授团队的研究工作，我们汇总了该团队近3年在农用抗菌药物开发方面代表性研究成果（20篇代表性论文）。   

（1）兰州大学刘映前：基于天然源异喹啉生物碱的抗菌筛选及其机制研究

    2019年5月25日， 兰州大学赵中敏（一作）与刘映前（通讯作者）在Pesticide Biochemistry and Physiology（2区，IF = 3.963）上发表了题为“Anti-phytopathogenic activity and the possible mechanisms of action of isoquinoline alkaloid sanguinarine”的研究论文。

    异喹啉生物碱分布广泛并具有独特的生物活性。本研究通过筛选天然源异喹啉类生物碱的抗植物病原真菌活性，发现血根碱具有显著的抗真菌活性，其中对稻瘟病菌的抑制活性最强，EC₅₀值为6.96 μg/mL，明显优于阳性药嘧菌酯，并且显著抑制稻瘟病菌的孢子萌发。通过扫描电镜的菌丝形态观察、活性氧含量测定、细胞膜通透性、线粒体膜电位和细胞核形成等实验揭示血根碱的潜在抗菌机制为破坏稻瘟病菌的细胞膜和线粒体的结构和功能、同时抑制菌丝细胞的增殖。本研究系统评价了血根碱的抗植物病原真菌活性，并揭示了其潜在的作用机制，为血根碱的农用杀菌剂开发奠定理论基础。

    DOI：10.1016/j.pestbp.2019.05.015

（2）兰州大学刘映前：基于天然源醌类化合物的抗菌杀虫杀螨活性筛选及其机制研究

    2019年5月27日，兰州大学尚小飞（一作）与刘映前（通讯作者）在Industrial Crops & Products（1区，IF = 5.645）上发表了题为“Insecticidal and antifungal activities of Rheum palmatum L. anthraquinones and structurally related compounds”的研究论文。

醌类化合物是天然产物中一类较为重要的活性成分，醌类化合物具有抗寄生虫、抗炎、抗肿瘤、杀虫及解热等活性。近年来，随着部分蒽醌类化合物的杀虫及抗菌活性被报道，从其结构类似物中寻找具有良好杀菌、杀虫和杀螨活性化合物成为了研究热点。据此，本研究系统筛选了20种醌类化合物的抗植物病原真菌活性，发现蓝雪醌的抗菌活性最强，对立枯丝核菌的EC₅₀为2.84 µg/mL，显著优于阳性对照药物嘧菌酯。对蓝雪醌的抗菌作用机理进行初探，发现其作用于立枯丝核菌后，菌丝发生扭曲、变性、塌陷、褶皱甚至死亡，菌丝细胞膜被破坏导致膜渗透性增加，进而引起菌丝培养液中内容物含量的增加；同时，菌丝线粒体减少、肿胀，线粒体膜电位降低、活性氧簇积累；细胞核发生破裂，形态发生改变。此外，本研究还发现醌类化合物具有优异的杀虫杀螨活性。本研究系统评价了醌类化合物的抗菌杀虫杀螨活性，为其农药开发奠定理论基础。

DOI：10.1016/j.indcrop.2019.05.055

（3）兰州大学刘映前：基于天然源异白叶藤碱衍生物的设计合成与杀菌活性评价

    2019年9月14日，兰州大学李俊采（一作）与刘映前（通讯作者）在Bioorganic Chemistry（2区，IF = 5.275）上发表了题为“Design, synthesis and antifungal activity evaluation of isocryptolepine derivatives”的研究论文。

吲哚并喹啉类生物碱具有抗疟、抗肿瘤、抗炎等广泛的生物活性。本研究以苯并咪唑为活性合成子，以天然源异白叶藤碱结构模型为线索，构建了“Aza”型异白叶藤碱衍生物。抗菌活性测试发现化合物A-0对灰葡萄孢菌的抑制活性最强，EC₅₀值为2.72 μg/mL，抗菌活性优于阳性药嘧菌酯。扫描电镜观察灰葡萄孢菌菌丝形态变化、活性氧含量测定、线粒体膜电位和细胞核形成等实验结果表明化合物A-0潜在的抗菌机制为破坏灰葡萄孢菌的细胞膜和线粒体的结构和功能。本研究系统评价了“Aza”型异白叶藤碱衍生物的抗植物病原真菌活性，并初步探索了其潜在的作用机制，为异白叶藤碱的农用杀菌剂开发奠定理论基础。

DOI：10.1016/j.bioorg.2019.103266 

（4）兰州大学刘映前：源于奎宁“优势结构”导向的喹啉类杀菌先导发现与结构优化研究

    2019年9月18日，兰州大学杨冠洲（一作）与刘映前（通讯作者）在Journal of Agricultural and Food Chemistry（1区，IF = 5.279）上发表了题为“Design, Synthesis, and Antifungal Evaluation of Novel Quinoline Derivatives Inspired from Natural Quinine Alkaloids”的研究论文。

奎宁是一种著名的天然喹啉类生物碱，主要来源于金鸡纳，几十年来一直是抗疟化疗和化学预防的中坚力量，是喹啉类化合物的优秀代表。喹啉类生物碱具有广泛的药理活性，如抗真菌、抗疟、抗癌、抗结核和抗氧化等活性。然而关于奎宁的抗农业真菌活性及其结构优化鲜有报道。因此，本研究以奎宁为先导，运用结构简化策略设计合成了一系列结构“经济型”的喹啉类化合物，系统评价了其对植物病原真菌的抗菌活性，结果表明：大部分喹啉化合物表现出良好的抗真菌活性，尤其是2,8-二(三氟甲基)-4-羟基喹啉具有优异的抗菌活性，进一步以其为先导，运用多样性导向合成策略，合成4位结构多样性的喹啉化合物。抗菌结果表明化合物3f-4和3f-28具有显著的抗菌活性，尤其对油菜菌核病菌的抑制活性最强，活体实验表明其对油菜菌核具有良好的防效。初步作用机制表明化合物3f-4和3f-28能够引起细胞膜通透性变化、活性氧积累、线粒体膜电位丧失，有效抑制菌核的萌发和形成。本研究合成的喹啉类化合物具有显著抗菌活性，兼具结构简单易合成，具有潜在的开发前景。

    DOI：10.1021/acs.jafc.9b04224

（5）兰州大学刘映前：天然源白叶藤碱类生物碱的杀菌先导发现与创制研究I

    2020年1月29日，兰州大学朱佳凯（一作）与刘映前（通讯作者）在Journal of Agricultural and Food Chemistry（1区，IF = 5.279）上发表了题为“Design, Synthesis, and Antifungal Evaluation of Neocryptolepine Derivatives against Phytopathogenic Fungi”的研究论文。

白叶藤碱类生物碱是非洲血红白叶藤的主要成分之一，包括白叶藤碱、新白叶藤碱和异白叶藤碱，其结构特征为具有喹啉并吲哚的骈环体系骨架，前期的研究表明该类生物碱具有抗菌、抗肿瘤和抗疟等多种生物活性，是新药创制的潜在先导分子。课题组前期在基于天然源生物碱抗菌活性的挖掘中，首次发现白叶藤碱类生物碱对番茄灰霉病菌、油菜菌核病菌、立枯丝核菌、稻瘟病菌等多种农业致病菌表现出较高的抑制作用。因此，本研究以新白叶藤碱作为修饰和优化目标，通过多样性导向合成在新白叶藤碱的母体骨架A、D环中引入F、Cl、Br、CF₃、OCF₃、OCH₃等取代基，研究发现获得的衍生物显著提高了新白叶藤碱母核的抗菌活性，对番茄灰霉病菌、油菜菌核病菌、立枯丝核菌、稻瘟病菌等均具有良好的抗菌活性，尤其是对番茄灰霉病菌表现出优异的抑制作用，且显著抑制菌丝孢子萌发，在活体实验中表现出良好的防效。本研究设计合成了结构多样性的新白叶藤碱类化合物，并深入分析了其抗菌构效关系，为新白叶藤碱的农用杀菌剂开发奠定理论基础。

    DOI：10.1021/acs.jafc.9b06793

（6）兰州大学刘映前：骆驼宁碱A衍生物的设计合成及其抗菌活性研究

    2020年3月20日，兰州大学杨冠洲（一作）与刘映前（通讯作者）在European Journal of Medicinal Chemistry（1区，IF = 6.514）上发表了题为“Discovery of luotonin A analogu es as potent fungicid es and insecticides: Design, synthesis and biological evaluation inspired by

natural alkaloid”的研究论文。

骆驼宁碱A是1997年从我国特色药用植物骆驼蒿（Peganum nigellastrum）中提取分离出来的一种天然喹唑啉类生物碱。骆驼宁碱A因与喜树碱结构相似而具有较强的细胞毒活性，并证明了它有类似喜树碱的拓扑异构酶I抑制活性。目前关于骆驼宁碱A的研究主要集中在骆驼宁碱及其衍生物的全合成、结构优化以及抗肿瘤活性评价研究。课题组前期首次报道了骆驼宁碱A具有较好的杀蚜活性，同时对稻瘟病和葡萄灰霉病具有抑制活性。因此，本研究以骆驼宁碱A为先导，通过多样性导向合成策略在骆驼宁碱A的A、B和D环引入取代基，并评价其对植物病原真菌的抗菌活性。结果表明大部分化合物具有良好的抗菌活性，其中化合物10s具有最强的抗菌活性，在活体实验中也表现出良好的防效。同时，扫描电镜观察化合物10s处理后，菌丝均发生严重的扭曲、凹陷，菌丝生长受到抑制。本研究深入探讨了骆驼宁碱A的抗菌构效关系，为其农用杀菌剂创制提供数据支撑。

    DOI：10.1016/j.ejmech.2020.112253

（7）兰州大学刘映前：厚朴酚、和厚朴酚的抗菌活性及其作用机制研究

    2020年9月15日，兰州大学燕银芳（一作）与刘映前（通讯作者）在Pesticide Biochemistry and Physiology（2区，IF = 3.963）上发表了题为“Bioassay-guided isolation of two antifungal compounds from Magnolia officinalis, and the mechanism of action of honokiol”的研究论文。

中药植物厚朴在中医治疗疾病方面发挥着重要作用。现代药理学证明厚朴植物中含有多种化学成分，包括木质素、生物碱、挥发油等，其中厚朴酚、和厚朴酚为其主要活性成分。研究发现厚朴酚、和厚朴酚具有抗炎、抗菌、抗癌等多种生物活性。本研究发现厚朴的石油醚提取物对七种植物病原真菌表现出有效的抗菌活性，特别是对立枯丝核菌的抗菌活性最强，在250 μg/mL 时抑制率为100%。基于活性导向分离技术得到厚朴酚、和厚朴酚，对立枯丝核菌具有优异的抗菌活性，其EC₅₀值分别为2.18和3.48 μg/mL，显著优于阳性药戊唑醇。运用转录组学方法探讨和厚朴酚对立枯丝核菌的作用机制，结果表明和厚朴酚可能通过阻断氧化磷酸化代谢途径发挥抗真菌作用。进一步的研究表明和厚朴诱导活性氧积累，破坏线粒体功能，影响线粒体呼吸，并阻断 TCA 循环，最终抑制 ATP 的产生。本研究评价了厚朴的提取物和主要活性成分厚朴酚、和厚朴酚的抗菌活性，揭示了和厚朴酚潜在的作用机制，厚朴具有成为植物源杀菌剂的潜力。

    DOI：10.1016/j.pestbp.2020.104705

（8）兰州大学刘映前：8-羟基喹啉金属离子配合物的设计、合成及其抗菌活性研究

    2020年9月17日，兰州大学尹晓丹（一作）与刘映前（通讯作者）在Journal of Agricultural and Food Chemistry（1区，IF = 5.279）上发表了题为“Design, Synthesis, and Antifungal Evaluation of 8-Hydroxyquinoline Metal Complexes against Phytopathogenic Fungi”的研究论文。

具有特殊生物活性的金属元素，如镁（Mg²⁺），锰（Mn²⁺）、镍（Ni²⁺）、锌（Zn²⁺）和铜（Cu²⁺），可与杂环反应得到杂环金属离子配合物，可用于预防和治疗植物病害，如商业化杀菌剂咪鲜胺锰盐、代森锰锌、噻唑锌和8-羟基喹啉铜。喹啉类化合物在药物研发中是一类重要的杂环化合物，其中，优势骨架8-羟基喹啉具有广泛的药理活性，如抗癌、抗真菌、抗细菌、抗病毒等。利用8-羟基喹啉的氧原子和氮原子能够配位金属离子，本研究设计合成了4个系列8-羟基喹啉金属离子配合物。通过抗菌活性评价表明化合物1e具有显著的抗真菌活性，对油菜菌核病菌、番茄灰霉病菌和小麦赤霉病菌表现出最高抑制活性，其EC₅₀值分别为0.09、0.12和2.95 μg/mL，活体实验中，化合物1e对油菜菌核病具有显著的防效。初步抗菌机制研究表明，化合物1e导致油菜菌核病菌菌丝畸形，细胞膜通透性增加，细胞内容物泄漏，同时有效抑制菌核的形成和萌发。

DOI：10.1021/acs.jafc.0c01322

（9）兰州大学刘映前：基于天然源白叶藤碱衍生物的设计合成与杀菌活性评价

    2021年1月26日，兰州大学陈永甲（一作）与刘映前（通讯作者）在Journal of Agricultural and Food Chemistry（1区，IF = 5.279）上发表了题为“Design, Synthesis, and Antifungal Evaluation of Cryptolepine Derivatives against Phytopathogenic Fungi”的研究论文。

白叶藤碱是从西非攀援灌木血红白叶藤中提取的一种吲哚并喹啉类生物碱。本研究以植物病原真菌为研究目标，合成了一系列A、D环含有不同取代基与C环开环简化的白叶藤碱衍生物，活性测试发现化合物a3对灰葡萄孢菌具有最高的抗菌活性，其EC₅₀值为0.027 μg/mL，优于阳性对照药嘧菌酯。灰葡萄孢菌抗菌机制初步探索表明化合物a3通过抑制孢子萌发、改变灰葡萄胞菌菌丝形态、诱导ROS活性氧的产生与积累、影响线粒体正常功能而发挥抗菌作用。本研究系统评价了白叶藤碱衍生物的抗植物病原真菌活性，并初步探索了其潜在的作用机制，为白叶藤碱的农用杀菌剂开发奠定理论基础。

DOI：10.1021/acs.jafc.0c06480 

（10）兰州大学刘映前：源于天然源生物碱“喹唑啉”优势骨架导向的杀菌先导发现

    2021年4月19日，兰州大学彭静文（一作）与刘映前（通讯作者）在Journal of Agricultural and Food Chemistry（1区，IF = 5.279）上发表了题为“Design, Synthesis, and Structure-Activity Relationship of Quinazolinone Derivatives as Potential Fungicides”的研究论文。

喹唑啉骨架广泛存在于天然产物中，如骆驼宁碱A、吴茱萸碱、色胺酮等，具有广泛的药理活性。因此，本研究基于天然产物的共性骨架“喹唑啉”、运用多样性导向合成策略合成8个系列的喹唑啉衍生物，抗菌活性结果表明大部分化合物具有良好的抗植物病原真菌活性，显著优于天然喹唑啉生物碱。尤其是化合物6c的抗菌活性最强，其对油菜菌核病菌、水稻纹枯病菌、小麦赤霉病菌和棉花枯萎病菌具有优异的抑制活性，EC₅₀值分别为2.46、2.94、6.03和11.9 μg/mL，在活体实验中化合物6c对油菜菌核病表现出良好的防效。进一步的作用机制表明化合物6c处理后油菜菌核病菌的菌丝体异常、细胞器受损和细胞膜通透性改变。本研究以天然产物的共性骨架“喹唑啉”出发，系统合成了结构多样性的喹唑啉类化合物，并深入分析了其构效关系，为喹唑啉类农用杀菌剂开发提供数据支撑。

    DOI：10.1021/acs.jafc.0c05475

（11）兰州大学刘映前：新白叶藤碱的抗菌机制研究

    2021年6月2日，兰州大学尚小飞（一作）与刘映前（通讯作者）在Journal of Agricultural and Food Chemistry（1区，IF = 5.279）上发表了题为“Integrated Proteomics and Transcriptomics Analyses Reveals the Possible Antifungal Mechanism of an Indoloquinoline Alkaloid Neocryptolepine against Rhizoctonia solani”的研究论文。

在课题组前期天然源生物碱抗菌活性的挖掘中，首次发现新白叶藤碱对番茄灰霉病菌、油菜菌核病菌、立枯丝核菌、稻瘟病菌等多种农业致病菌表现出较高的抑制作用，然而，其抗菌机制以及作用靶点还不清晰。因此，本研究以立枯丝核菌对研究对象，运用转录组学、蛋白组学及基于表面等离子共振技术等分子生物学方法研究新白叶藤碱抗菌作用机理。蛋白组学和转录组学结果表明新白叶藤碱处理后，差异蛋白和基因主要集中在与碳水化合物代谢和能量代谢有关的通路，可能与线粒体和氧化磷酸化有关。采用qRT-PCR验证了与线粒体复合酶III相关的四个差异基因表达，其中ND1和ND5表达上调，QCR2和QCR6表达下调。酶活实验也表明新白叶藤碱能够呈浓度依赖性抑制线粒体复合酶III的活性，说明新白叶藤碱的抗菌靶标可能为线粒体复合酶III。进一步采用表面等离子共振技术的分子捕捉实验来寻找新白叶藤碱潜在的结合亚基，结果表明65种蛋白或肽段被捕获，其中线粒体复合酶III的铁硫蛋白亚基（UQCRFS1）与新白叶藤碱的亲和性较高，新白叶藤碱能够显著抑制UQCRFS1亚基的表达且呈浓度依赖性，是潜在的作用靶标。以上研究结果表明新白叶藤碱通过作用于线粒体内膜呼吸链的复合酶III中铁硫蛋白而抑制酶活性，阻断电子传递和能量产生，引起菌丝死亡。本研究系统研究了新白叶藤碱的抗菌机制和抗菌靶点，为后续基于靶点设计药物提供理论基础。

DOI：10.1021/acs.jafc.1c01385

（12）兰州大学刘映前：源于生物碱“喹啉”优势骨架导向的杀菌先导发现

    2021年7月21日，兰州大学杨余东（一作）与刘映前、张智军（通讯作者）在Journal of Agricultural and Food Chemistry（1区，IF = 5.279）上发表了题为“Design and Discovery of Novel Antifungal Quinoline Derivatives with Acylhydrazide as a Promising Pharmacophore”的研究论文。

喹啉2-羧酸衍生物广泛分布于植物、昆虫、海洋生物、菌等此生代谢产物中，具有抗肿瘤、抗菌、杀虫等显著的药理活性，然而，目前还未有在植物病害防治方面的报道。因此，本研究以天然喹啉2-羧酸衍生物为先导，运用活性官能团导向策略，引入酰肼、磺酰肼、酰腙、噁二唑、噻二唑等活性官能团，系统评价其对植物病原真菌的抗菌活性。结果表明大部分喹啉2-羧酸衍生物具有良好的抗菌活性，尤其喹啉-2-酰肼系列的具有优异的抗菌活性。其中，化合物2e的抗菌活性最强，其对油菜菌核病菌、立枯丝核菌、番茄灰霉病菌和小麦赤霉病菌的EC₅₀值分别为0.39、0.46、0.19和0.18 μg/mL，显著优于阳性药多菌灵。此外，化合物2e显著抑制小麦赤霉病菌的孢子萌发。初步作用机制表明2e能够导致小麦赤霉病菌细胞壁和液泡形态异常、线粒体丢失、膜通透性和细胞内容物的释放。本研究系统合成了结构多样性的喹啉2-位衍生物，并深入分析了抗菌构效关系，尤其化合物 2e 对植物病菌表现出优异的杀菌性能，具有潜在的研究价值。

DOI：10.1021/acs.jafc.1c00670

（13）兰州大学刘映前：基于天然源厚朴酚的衍生物设计与合成、抗菌活性筛选和作用机制研究

2021年9月28日，兰州大学李虎（一作）与刘映前（通讯作者）在Journal of agricultural and food chemistry（1区，IF = 5.279）上发表了题为“Design, Synthesis, and Structure–Activity Relationship Studies of Magnolol Derivatives as Antifungal Agents”的研究论文。

基于天然产物的新先导物的发现是杀菌剂创新的重要途径之一。在课题组前期研究中发现厚朴酚对植物病原菌具有良好的抗菌活性，是有潜力的先导分子。因此，本研究对厚朴酚骨架的不同位点进行结构修饰，合成了结构多样性厚朴酚衍生物，并系统评价对植物病原真菌（立枯丝核菌、禾谷镰刀菌、灰霉病菌和核盘菌）的抑制活性。结果表明11个化合物对4种植物病原真菌均有良好的抑制活性，EC₅₀值在1.40~20.00 μg/mL范围内，特别是化合物L₅对灰霉病菌表现出优异的抗真菌性能，EC₅₀值为2.86 μg/mL，比厚朴酚（EC₅₀ = 8.13 μg/mL）强约2.8倍。此外，化合物L₆对禾谷镰刀菌和立枯丝核菌的抗菌活性最高，EC₅₀值分别为4.39和1.40 μg/mL，化合物L₇对核盘菌表现出良好的抗真菌活性。在活体实验中，化合物L₅对灰霉病具有良好的防效，在200 和 100 μg/mL下防效分别为50%和36%。初步作用机制研究表明化合物L₅能够改变灰霉病菌菌丝体形态，增加细胞膜通透性，破坏线粒体功能。本研究系统分析了厚朴酚骨架不同位点结构修饰对抗菌活性的影响，为厚朴酚的结构优化和抗菌剂开发具有重要的参考价值。

DOI: 10.1021/acs.jafc.1c01838

（14）兰州大学刘映前：基于蛇床子果实中香豆素类化合物的抗菌活性筛选与作用机制研究

2021年10月5日，兰州大学贺颖慧（一作）、尚小飞（共一）与刘映前、张智军（通讯作者）在Chemistry & Biodiversity上发表了题为“Antifungal activity and action mechanism study of coumarins from Cnidium monnieri fruit and structurally related compounds”的研究论文。

香豆素具有最广泛的药理活性，而蛇床子素在中国被用作控制蛇床子果实质量的生物标志物。这项研究评估了蛇床子果实提取物和分离得到的五种化合物以及结构相关的香豆素对五种植物病原真菌的抗菌活性。其中丙酮提取物中五种香豆素的含量最高，显示出最强的抗菌活性。在香豆素类化合物中，4-甲氧基香豆素对五种植物病原真菌表现出比蛇床子素更强和更广泛的抗菌活性，特别是能显著抑制立枯丝核菌菌丝体的生长，EC₅₀值为21 μg/mL。作用机制研究表明，4-甲氧基香豆素影响过氧化物酶体的结构和功能，抑制脂肪酸的β-氧化，减少ATP和乙酰辅酶A的产生，进而通过破坏MMP和线粒体功能积累ROS，导致立枯丝核菌菌丝体细胞死亡。进一步的活体实验表明，4-甲氧基香豆素在体内具有浓度依赖性的抗真菌功效，可用于预防马铃薯黑痣病。本研究将为开发4-甲氧基香豆素作为一种替代性和友好的生物杀菌剂奠定了基础。

DOI: 10.1002/cbdv.202100633

（15）兰州大学刘映前：基于天然源黄酮类化合物的抗菌筛选及其机制研究

2021年10月7日，兰州大学燕银芳（一作）与刘映前（通讯作者）在International Journal of Molecular Sciences（2区，IF = 5.923）上发表了题为“The Antifungal Mechanism of Isoxanthohumol from Humulus lupulus Linn.”的研究论文。

啤酒花具有抗菌、抗炎和抗氧化等多种药理特性，黄酮类化合物是啤酒花的主要活性成分，如异黄腐酚、黄腐酚等。本研究评价了啤酒花乙醇提取物以及异黄腐酚对植物病原真菌的抗菌活性。结果表明异黄腐酚对番茄灰霉病菌、小麦赤霉病菌和油菜菌核病菌具有优异的抗菌活性，尤其对番茄灰霉病菌的抑制活性最强，EC₅₀值为4.294 μg/mL，并且显著抑制番茄灰霉病菌的孢子萌发。此外，体内抗真菌实验表明，异黄腐酚可以有效抑制灰葡萄孢在番茄上的生长。通过转录组学分析结合生理生化指标分析揭示了异黄腐酚的潜在抗菌机制为影响番茄灰霉病菌的碳水化合物代谢过程、破坏三羧酸循环、抑制ATP产生和诱导膜脂质过氧化。本研究系统评价了啤酒花提取物及异黄腐酚的体内外抗植物病原真菌活性，并揭示了其潜在的作用机制，为天然源杀菌剂的开发奠定理论基础。

（16）兰州大学刘映前：源于生物碱“喹唑啉”优势骨架导向的杀菌先导发现

    2021年10月8日，兰州大学陈永甲（一作）与刘映前（通讯作者）在Journal of Agricultural and Food Chemistry（1区，IF = 5.279）上发表了题为“Antifungal Exploration of Quinoline Derivatives against Phytopathogenic Fungi Inspired by Quinine Alkaloids”的研究论文。

在课题组前期的研究中，继续以奎宁为先导，运用结构简化策略设计合成了一系列结构“经济型”的喹啉类化合物，系统评价了其对植物病原真菌的抗菌活性，结果表明大部分喹啉化合物表现出良好的抗真菌活性，尤其是2,8-二(三氟甲基)-4-羟基喹啉具有优异的抗菌活性，是优异的抗菌先导分子。因此，本研究继续以其为先导，运用多样性导向合成策略，在喹啉-4-羟基上合成结构多样性的喹啉化合物。抗菌结果表明大部分化合物表现出良好的抗植物病原真菌活性，尤其是化合物Ac12对油菜菌核病菌、番茄灰霉病菌、小麦赤霉病菌和立枯丝核菌具有显著的抗菌活性，尤其对番茄灰霉病菌的抑制活性最强，EC₅₀值为0.50 μg/mL，显著强于阳性药嘧菌酯。在活体实验中，化合物Ac12对番茄灰霉病具有良好的防效。初步作用机制表明化合物Ac12能够引起番茄灰霉病菌的细胞膜形态变化、细胞膜通透性增强，细胞内容物泄露，从而诱导细胞死亡。本研究进一步深入探讨了喹啉类化合物的抗菌构效关系，合成的喹啉类化合物具有显著抗菌活性，兼具结构简单易合成，具有潜在的开发前景。

DOI：10.1021/acs.jafc.1c05677

（17）兰州大学刘映前：源于天然产物吴茱萸碱为先导的抗植物病原真菌剂的开发

2021年10月21日，兰州大学杨程杰（一作）与刘映前（通讯作者）在European Journal of Medicinal Chemistry（1区，IF：6.514）上发表了题为“Design, synthesis and biological evaluation of novel evodiamine and rutaecarpine derivatives against phytopathogenic fungi”的研究论文。

植物病原真菌性病害不仅可使农业减产，造成巨大的经济损失，而且还会严重危害人类健康和生态环境。目前，化学防治仍是控制真菌感染的最常用的方法，但长期不合理的使用导致真菌对药物的耐药性迅速增加。此外，化学防治还存在威胁食品安全、污染环境以及对人类或动物具有副作用等问题。而天然产物由于其较高的选择性、独特的作用模式、较好的生物相容性和较低的毒性等特点，已成为人们寻找抗菌药物的最佳向导。据此，团队以传统中草药吴茱萸中分离出来的天然产物吴茱萸碱和吴茱萸次碱作为先导结构，通过生物电子等排以及骨架跃迁等策略设计合成了9种不同类似的衍生物，并评价了它们对六种植物病原真菌立枯病丝核菌、灰葡萄孢菌、禾谷镰刀菌、尖孢镰刀菌、核盘菌和稻瘟病菌的抗真菌活性。

在此基础上，团队还对于抗菌活性最好的咪唑类吴茱萸次碱衍生物进行了进一步的结构修饰，以探究其构效关系，并获得了活性最优吴茱萸次碱衍生物A1。初步的机理研究表明，化合物A1可能导致核盘菌菌丝异常、线粒体扭曲和肿胀，并抑制其菌核的形成和萌发。而在体内活性实验中，化合物A1对核盘菌引起的油菜病害具有良好的治疗作用，活性高于阳性对照药嘧菌酯，且在400 μg/mL浓度下也没有明显的药害作用。这项研究的重要进展为开发天然源抗植物病原真菌剂提供了线索，对于吴茱萸碱类天然产物的研究具有重要意义。

DOI：10.1016/j.ejmech.2021.113937

（18）兰州大学刘映前：源于骆驼宁碱A的结构优化和抗菌活性研究

    2021年11月29日，兰州大学王仁轩（一作）与刘映前（通讯作者）在Journal of Agricultural and Food Chemistry（1区，IF = 5.279）上发表了题为“Design, Synthesis, and Antifungal Evaluation of Luotonin A Derivatives against Phytopathogenic Fungi”的研究论文。

在课题组前期基于天然源生物碱抗菌活性的挖掘中，首次发现骆驼宁碱A能够有效防治水稻稻瘟病和葡萄灰霉病。继而以骆驼宁碱A为先导，通过多样性导向合成策略在骆驼宁碱A的A、B和D环引入取代基，获得的衍生物大部分具有中等的抗菌活性，没有得到显著提高骆驼宁碱A母核的抗菌活性。因此，本研究进一步采用骨架跃迁策略合成一系列喹啉并咪唑类化合物，并通过多样性导向合成策略在A和E环进行基团多样性取代。抗植物病原真菌活性结果表明大部分化合物具有广谱的抗菌活性，尤其对番茄灰霉病菌具有超高的活性。其中化合物w7对番茄灰霉病菌的EC₅₀值为0.036 μg/mL，且显著抑制菌丝孢子萌发。通过扫描电镜和透射电镜观察表明化合物w7处理后番茄灰霉病菌的菌丝细胞壁和细胞膜形态发生改变，细胞膜通透性增大，导致细胞内容物泄露，从而引起菌丝死亡。同时，化合物w7对番茄灰霉病具有良好的体内抗菌活性。本研究系统合成了结构多样性的喹啉并咪唑类化合物，并深入分析了抗菌构效关系，尤其化合物w7对番茄灰霉病菌表现出优异的杀菌性能，有望开发成番茄灰霉病的特异性杀菌剂。

DOI：10.1021/acs.jafc.1c04242

（19）兰州大学刘映前：基于天然源异硫氰酸酯类化合物的抗菌筛选及其机制研究

2022年2月9日，兰州大学吴天琳（一作）与刘映前（通讯作者）在Food Control（2区，IF = 5.548）上发表了题为“Insights into the mode of action of 2-(4-methoxyphenyl)ethyl isothiocyanate on Aspergillus niger”的研究论文。

    异硫氰酸酯类化合物主要存在于十字花科植物中，由硫代葡萄糖苷水解产生的化合物，目前研究主要集中于抗菌和抗癌领域。本研究通过筛选18种常见的天然源异硫氰酸酯类化合物的抗植物病原真菌活性，发现2-(4-methoxyphenyl)ethyl isothiocyanate（Y-1）具有显著的抗真菌活性，其中对黑曲霉的抑制活性最强，EC₅₀值为4.19 μg/mL，并且显著抑制黑曲霉菌的孢子萌发。通过扫描电镜的菌丝形态观察、碘化丙啶染色、活性氧含量测定、丙二醛含量测定和氧化还原酶活性测定等实验揭示2-(4-methoxyphenyl)ethyl isothiocyanate的潜在抗菌机制为破坏黑曲霉菌的细胞膜完整性、诱导黑曲霉菌的氧化应激、同时抑制呼吸相关酶活性。本研究系统评价了异硫氰酸酯类化合物的抗植物病原真菌活性，并揭示了其潜在的作用机制，为异硫氰酸酯类化合物的农用杀菌剂开发奠定理论基础。

DOI：10.1016/j.foodcont.2022.108871

（20）兰州大学刘映前：基于白叶藤碱的喹叨啉衍生物的设计合成与抗菌活性研究

    2022年2月28日，兰州大学楚庆如（一作）与刘映前（通讯作者）在Journal of Agricultural and Food Chemistry（1区，IF = 5.279）上发表了题为“Design, Synthesis, and Antimicrobial Activity of Quindoline Derivatives Inspired by the Cryptolepine Alkaloid”的研究论文。

喹叨啉是从血红白叶藤中提取的另一种吲哚并喹啉类生物碱，其结构与白叶藤碱相似，区别在于N-5位不含有甲基。为了进一步扩大白叶藤碱的抗菌谱，本研究运用生物电子等排与多样性导向合成策略合成了一系列喹叨啉衍生物，同时评价了所有合成化合物对6种植物病原菌的抗菌活性。活性测试结果显示酰肼化合物D7对四种植物病原真菌具有广谱抗性，EC₅₀值在0.78 - 2.85 μg/mL之间。此外，苯胺类化合物A7对植物病原细菌具有良好的抗细菌活性，其对水稻白叶枯病菌的MIC值为3.12 μg/mL。进一步运用扫描电镜、碘化丙啶染色、活性氧含量测定、菌核形成与萌发抑制等实验揭示化合物D7通过改变核盘菌菌丝形态、破坏细胞膜完整性、诱导活性氧的产生与积累、抑制菌核形成来发挥抗菌作用。相比于白叶藤碱，本研究合成的喹叨啉衍生物对植物病原真菌和植物病原细菌具有广谱抗性，为白叶藤碱类农用杀菌剂的开发提供了数据支撑。

DOI：10.1021/acs.jafc.1c07536 

以上研究取得的重要进展为后续开发具有完整自主知识产权的抗菌药物奠定基础。课题组近年来致力于开发天然源抗菌药物的设计合成与应用开发，其发现的高活性先导分子有望开发为具有自主知识产权的全新抗菌候选药剂。研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、浙江省优势特色学科重点项目、甘肃省国际科技合作重点项目以及“抗菌药物先导创制”企业重大系列开发课题的共同资助。该项研究也是课题组依托甘肃省中藏药功效物质开发与利用行业技术中心，开展源于天然源中藏药资源进行全新抗菌药物开发研究取得的一系列重要的科研成果，对于推动中藏药功效物质开发与利用具有重要意义。 

通讯作者简介：

刘映前 ：博士/博士后，教授/博导，甘肃省飞天学者，甘肃省陇原青年创新创业团队负责人，甘肃省中藏药功效物质开发与利用行业技术中心负责人，天然药物化学生物学研究所所长。曾任药学院院长，甘肃省药学会副理事长。现兼任中国民族医药协会民族医药教育专业委员会副会长，世界中联中医与农业产业分会第一届专家委员会委员，中国生物医药整合联盟理事，中国民族医药协会芳香医药分会副主任委员，甘肃省院内制剂产业技术创新战略联盟副理事长，甘肃省化学会理事、甘肃省化学会药物化学主任委员和甘肃省药学会天然药物与医药产业经济主任委员等职务。近年来，课题组以“天然药物化学生物学/药物化学”为主要研究方向，系统开展了基于中药与天然源生物活性功能分子的先导发现、多样性导向合成、药效评价及其应用开发研究，其成果先后在J. Agric. Food Chem、Med. Res. Rev.、J. Med. Chem、Europ. J. Med. Chem等高水平SCI论文发表100余篇，受邀以“西部及一带一路中药及药用植物资源“为主题在药物化学Top杂志Med. Res. Rev. 撰写了有关生物碱化学生物学研究方面的系列专题，作为副主编参编论著3部， 为《The Alkaloids: Chemistry and Biology》专刊撰写题为《Biology of quinoline and quinazoline alkaloids》章节内容。申请国家发明专利100余件，PCT专利1件，申请软件著作权4项，成果转化5项。作为牵头人承担《甘肃省中药炮制规范》（2009年版）中药典品种特殊炮制规格标准制修订项目，46项中药炮制规范行业标准（2020年版）。承担国家重点研发计划、国家自然科学基金、甘肃省重点研发计划、甘肃省科技创新专项等科技项目30余项，服务企业合作横向项目以及与企业联合的产学研课题60余项。