Synthesis and Biological Activity Evaluation of Benzoxazinone-Pyrimidinedione Hybrids as Potent Protoporphyrinogen IX Oxidase Inhibitor

原卟啉原氧化酶 三氟甲基 部分 化学 生物测定 多酚氧化酶 烟草 组合化学 立体化学 生物化学 过氧化物酶 生物 有机化学 基因 烷基 遗传学
作者
Bai-Feng Zheng,Yang Zuo,Guang-Yi Huang,Zhi-Zheng Wang,Jin-Yi Ma,Qiong‐You Wu,Guang‐Fu Yang
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:71 (39): 14221-14231 被引量:31
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.3c03593
摘要

Protoporphyrinogen IX oxidase (PPO/Protox, E.C. 1.3.3.4) is recognized as one of the most important targets for herbicide discovery. In this study, we report our ongoing research efforts toward the discovery of novel PPO inhibitors. Specifically, we identified a highly potent new compound series containing a pyrimidinedione moiety and bearing a versatile building block-benzoxazinone scaffold. Systematic bioassays resulted in the discovery of compound 7af, ethyl 4-(7-fluoro-6-(3-methyl-2,6-dioxo-4-(trifluoromethyl)-3,6-dihydropyrimidin-1(2H)-yl)-3-oxo-2,3-dihydro-4H-benzo[b][1,4]oxazin-4-yl)butanoate, which exhibited broad-spectrum and excellent herbicidal activity at the dosage of 37.5 g a.i./ha through postemergence application. The inhibition constant (Ki) value of 7af to Nicotiana tabacum PPO (NtPPO) was 14 nM, while to human PPO (hPPO), it was 44.8 μM, indicating a selective factor of 3200, making it the most selective PPO inhibitor to date. Moreover, molecular simulations further demonstrated the selectivity and the binding mechanism of 7af to NtPPO and hPPO. This study not only identifies a candidate that showed excellent in vivo bioactivity and high safety toward humans but also provides a paradigm for discovering PPO inhibitors with improved performance through molecular simulation and structure-guided optimization.
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