近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境与岛礁生态全国重点实验室、热带海洋生物资源与生态实验室、广东省海洋药物重点实验室闫岩研究员团队在真菌来源抗虫活性生物碱的结构多样性与生物合成机制研究取得新进展，相关成果以“Structural Diversification and Biosynthesis of Pesticidal Pyrroline-Derived Alkaloid from Penicillium. citrinum SCSIO DF147”为题，发表于国际知名期刊Journal of Agricultural and Food Chemistry。该论文由硕士研究生王松涛（已毕业）、朱祥龙为共同第一作者，研究员闫岩、副研究员宋永相为共同通讯作者。大连理工大学的教授刘田团队在抗虫方面，济南大学老师王文贵在中间体合成方面做了重要贡献。

随着全球农作物害虫抗药性的不断增强，开发具有新颖作用机制、高效且低毒的生物农药已成为现代农业发展的迫切需求。昆虫几丁质酶（Chitinases）在昆虫的生长、蜕皮及变态发育过程中扮演关键角色，抑制其活性会导致昆虫生长停滞、化蛹失败甚至死亡，因此被视为开发新型杀虫剂的理想靶点。MOEP（1）类生物碱最早是从海洋来源的青霉真菌中发现的一类吡咯啉衍生化合物，凭借其优良的抗虫及抗菌性能，展现出作为先导药物的应用前景。然而，前期研究仅发现其具有抑制昆虫保幼激素合成的作用，没有更多的靶标筛选，缺乏系统的结构多样性和构效关系研究。另外，关于MOEP化合物也仅有化学合成报道，其生物合成基因簇和生物合成研究也尚未知。限制了利用合成生物学手段对其进行深入研究的途经。

团队以几丁质酶抑制活性为导向，对一株沙虫来源的海洋真菌Penicillium citrinum SCSIO DF147进行深入挖掘，从中发现了5类包括吡咯、吡咯啉、吡咯烷、吡咯里西啶、及开环吡咯烷共15个吡咯啉衍生生物碱（1-15），含5个新化合物 (图1)。为该类化合物的研究奠定了基础。

图1 从Penicillium citrinum SCSIO DF147及其突变体DF147/ΔpasB中分离得到的吡咯啉衍生物生物碱（1−15）（红色数字表示新化合物）。

通过对几丁质酶（OfChtII 和 OfChi-h）抑制活性的构效关系研究显示，吡咯啉结构单元和脂肪链的Δ^8',9'不饱和双键是该类化合物的关键功能基团，吡咯啉结构的变化和链上双键位置的移动或变化都会造成活性的下降或消失（图2）。在此基础上，对鳞翅目害虫小菜蛾的抗虫实验以及植物病原菌的抗菌实验进一步证明了构效关系，显示了化合物MOPE（1）良好的抗虫抗真菌效果。尤其是对农业主要害虫小菜蛾（Plutella xylostella）在5 mM浓度下施药5天后致死率达100%，化合物1的效果优于阳性对照药物除虫脲(Diflubenzuron)（图3）。

图2 吡咯啉衍生生物碱构效关系

图3 用5.0 mM化合物1、8和13喂养的P. xylostella的死亡率。

NC：阴性对照，PC：用DFB处理的阳性对照。

进一步，团队对活性化合MOEP的生物合成研究中，利用全基因组测序、基因敲除/回补、异源表达、以及关键酶的体内外功能验证等方法，确定了该化合物的生物合成基因簇，其分别由四个基因（pasA–D）编码骨架合成酶PKS-NRPS（PasA）、细胞色素P450酶PasB，转录因子PasC和烯酰还原酶PasC组成。发现MOEP（1）化合物先由骨架基因负责的PKS-NRPS蛋白PasA和还原蛋白PasD协作，合成关键中间体羟甲基吡咯烷化合物8，化合物8进一步经细胞色素P450酶PasB脱去C2位的羟甲基以及C3位氢形成Δ^2,3双键，从而形成具有吡咯啉功能基团的活性化合物1（图4）。

图4 吡咯啉衍生生物碱生物合成基因簇（A）和MOEP（1）的生物合成途径（D）

该研究不仅拓展了MOEP类化合物的结构类型，深化了其构效关系研究、还在原有保幼激素靶标的基础上发现了其作用于几丁质酶的新靶标，为该类化合物抗虫机制的研究和应用奠定了基础，也为以几丁质酶导向的新型抗虫抗菌先导化合物的发掘提供了借鉴。该研究也是在海洋微生物先导药物的发掘中，继从海洋放线菌SCSIO 11791中发现的具有几丁质酶抑制活性的抗虫先导化合物lynamycin B（J. Agric. Food. Chem. 2021, 69(47),14086-14091.）之后的又一进展。

以上研究工作得到了国家重点研发计划（2022YFC2805000）、海南省自然科学基金（823CXTD393）、广州市重点研发计划（2025B03J0077）、广东特支计划 “海洋药物研究开发创新团队”（2019BT02Y262）和南沙科技计划项目（2023ZD010）等的资助。

论文信息：Songtao Wang#, Xianglong Zhu#, Huijie Xie, Huijuan Li, Hanwei Li, Wengui Wang, Tian Liu, Yan Yan*, and Yongxiang Song*. Structural Diversification and Biosynthesis of Pesticidal Pyrroline-Derived Alkaloid from Penicillium citrinum SCSIO DF147. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2026, doi/10.1021/acs.jafc.5c15871

论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.jafc.5c15871