Design, Synthesis, and Biological Activity Evaluation of Novel Phenoxypyridine Derivatives Containing Acylthiourea Fragments as Protoporphyrinogen Oxidase Inhibitor Herbicides

原卟啉原氧化酶 稗属 化学 IC50型 杂草 体外 生物化学 植物 生物
作者
Lixia Zhao,Kai Luo,Xian-Da Guo,Yue‐Li Zou,Shuang Gao,Ying Fu,Fei Ye
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:73 (9): 5020-5032 被引量:8
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.4c09757
摘要

Protoporphyrinogen oxidase (PPO, EC 1.3.3.4) plays a crucial role in the biosynthesis of chlorophyll in plants. PPO inhibitor herbicides are noted for their broad-spectrum activity, high efficiency, low toxicity, and minimal environmental impact, positioning them as effective targets for the discovery of environmentally friendly herbicides. In this research, utilizing the principles of bioisosterism and substructure activity splicing, 42 phenoxypyridine derivatives containing acylthiourea fragments were synthesized. Among them, the compound g13 exhibited superior inhibitory efficacy against six target weed species in greenhouse herbicidal trials. In vitro enzyme activity assays indicated that g13 significantly inhibited Echinochloa crus-galli PPO (EcPPO), with an IC50 value of 0.109 ± 0.018 μM, demonstrating superior inhibitory activity compared to oxyfluorfen. Furthermore, compound g13 exhibited superior crop safety compared to oxyfluorfen and holds potential application prospects for weed management in wheat and cotton. Molecular docking and dynamics simulations were employed to elucidate the binding mode and molecular mechanism of g13 with NtPPO. Potential metabolic pathways for g13 in plant systems were also analyzed. These experimental and theoretical results indicate that g13 is a promising lead candidate for PPO inhibitor herbicides.
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