近日，在新型绿色农药的研发领域，韩小强教授团队取得了重要的研究进展，研究结果以“Oxidative metabolism mechanism of terpenoid compound ZQ-8 by cytochrome P450 enzyme in Helicoverpa armigera”发表在国际知名期刊《International Journal of Biological Macromolecules》（中科院1区，IF：7.7，TOP期刊）上。
课题组前期以传统药用植物阿魏中的活性物质tschimganin为先导化合物，设计合成了一系列萜酯化合物。通过室内生物活性测定，筛选出对棉铃虫生长发育具有显著影响的化合物ZQ-8(分子式为C21H30O2，化学名称为(1S,2R,4S)-1,3,3-三甲基双环[2.2.1]庚烷-2-基4-(叔丁基)苯甲酸酯)。ZQ-8对棉铃虫等鳞翅目昆虫的生长发育具有显著的调节作用，表现为幼虫蜕皮困难、老熟幼虫形成畸形蛹以及化蛹后死亡等症状。
然而棉铃虫对ZQ-8的代谢机制尚不明确，这为该类化合物的结构优化和抗药性管理增加了困难。研究团队通过转录组学和蛋白质组学分析了ZQ-8处理后棉铃虫CYP450基因和蛋白质的表达，进而采用分子对接、重组蛋白表达和表面等离子体共振技术（SPR）研究了ZQ-8和P450蛋白之间的相互作用。研究结果表明，ZQ-8处理后棉铃虫体内的差异基因主要富集在氧化还原反应和药物代谢途径，CYP450酶基因和参与代谢途径和抗氧化反应的蛋白质显著上调，许多CYP450蛋白在处理后均表现出上调表达。CYP450酶代谢相关的氧化还原酶活性途径显著富集，多个在转录组中显著差异的CYP450基因在蛋白质组学中也显示了相应的表达，并且其表达具有一定的时序性。
分子对接发现ZQ-8与CYP6B2和CYP6B6蛋白的结合能分别为-9.2 kcal/mol和-8.6 kcal/mol，具有较好的结合活性；相较于CYP6B2，CYP6B6的结合口袋较为宽松，ZQ-8与CYP6B6的结合更为稳定，结合能的变化幅度(-8.6~-8.4 kcal/mol)小于CYP6B2与ZQ-8的结合能变化幅度(-9.2~-7.2 kcal/mol)。通过哺乳细胞和原核表达系统成功表达并纯化了棉铃虫CYP6B2和CYP6B6及其共表达的CYP6B2-CPR蛋白，并验证了其活性。ZQ-8对棉铃虫CYP6B2和CYP6B6均具有亲和性，亲和力KD值分别为74.77 μmol和88.15 μmol。ZQ-8与CYP6B2的结合动力特征表现为快速结合/慢解离，而与CYP6B6则为快速结合/快速解离，表明ZQ-8与CYP6B6复合物结合较为稳定，且其抗外界干扰的能力略低于对照药剂PBO。体外功能验证结果表明，CYP6B2能够江ZQ-8叔丁基上的甲基氧化成羟基，再氧化成醛，最后氧化成羧基的能力。
研究结果不仅揭示了棉铃虫氧化大写ZQ-8的机制，也为抗氧化萜酯类化合物的设计提供了新的思路。
植物保护专业2022级硕士研究生杨龙飞为论文第一作者，韩小强教授、张国强教授为论文通讯作者，王春娟副教授和马铤副教授也参与了该项研究工作。该研究受到了国家自然科学基金项目（32260684）和绿色农药全国重点实验室开放课题基金（SKL-GPL-KF-202403）的资助。
