油菜素甾醇(Brassinosteroid,BR),是植物自身合成的一类甾醇类激素。在植物体内含量稀少,却对植物生长发育、生殖、衰老和逆境响应具有显著的调控作用。然而BR及其类似物生产成本较高,导致其在农业生产中的应用受到限制。4-(5-溴吡啶-2-氨基)-4-氧代丁酸(bikinin,Bik)是近年报道的一种新型高效的非甾醇类BR功能类似物。但它的活性仅为BR的1/30。为了开发一类新型高效的BR功能类似物,本研究基于bikinin的骨架结构,采用活性亚结构拼接合理衍生设计合成了九个系列的bikinin类似物,并进行了系统化的生物活性评价。主要研究结果如下:1.基于bikinin与受体蛋白结合的构象及药物设计方法,合理设计了 9个系列,共计36个bikinin的类似物,其中21个为新化合物。所有目标化合物均通过核磁、高分辨质谱确证其结构。化合物合成方法简便、易行,成本较低,后处理绝大部分采用重结晶或洗涤即可完成。2.以拟南芥油菜素内酯合成突变体和水稻为试验材料,测定了所有目标化合物的BR相关生物活性。结果发现改造bikinin的不同基团对活性的影响不同。甲基噻唑取代含溴吡啶,同时侧链乙酯化衍生而来的1x在20 μM时能够恢复拟南芥突变体下胚轴长度至其野生型的57%,浓度40 μM时达到64%;50 μM的1x促进水稻叶片夹角增大的角度与200 μM bikinin活性相当。与bikinin相比,它药效更好,但与油菜素内酯仍有一定的差距。结合目标化合物构效分析发现:甲基噻唑结构对活性的积极作用要好于含溴吡啶环和甲基吡啶,也胜过吡唑和喹啉杂环。在侧链羧基端引入简单的酯结构可以提升其膜渗透性,有助于活性的提高;而同样含有噻唑杂环和侧链的乙酯结构的1c、1v、1w和1x活性不同暗示了甲基和取代基大小对于活性的重要性,如同溴取代基对于bikinin一样。含芳香环替代侧链结构的化合物也可以保留一定的活性。3.通过拟南芥突变体生长恢复和分子对接试验证实:高活性化合物1x(乙基4-(4-甲基噻唑-2-氨基)-4-氧代丁酸,brazide)的靶标和bikinin相同,即位于BR信号转导下游的蛋白激酶BIN2,与BR的作用机理不同。同时,化合物1x对玉米黄化幼苗有显著的生理效应,包括促进中胚轴和根伸长,高浓度条件下,会显著抑制根长,与BR的效应类似。4.以烟嘧磺隆(NS)敏感玉米品种(郑单958)为材料,研究了 brazide(Bra)作为BR功能类似物缓解玉米除草剂药害的生理机制。在玉米三叶期单独施用400 μM NS,会导致玉米生长停滞,甚至死亡。预处理分别喷施24-表油菜素内酯EBL 0.1 μM、Bik 10 μ和Bra 10 μM,24 h后施用100 μMNS,5-7天后能显著改善NS引起的生长抑制和光合系统的损伤。NS处理还显著提高了体内H2O2和MDA的含量,造成体内过氧化胁迫。与单独NS处理相比,预处理Bra显著提高抗氧化酶活性,缓解了 NS造成的过氧化胁迫。同时,提高的解毒酶活性和谷胱甘肽的水平以及GST1、ABC-2、ALS1基因表达量都显著减少了 NS的毒害。在第3天,Bra和Bik降解的速率高于EBL。第7天,EBL、Bik和Bra降解NS程度无差异。