《Journal of Fungi》：Beyond Fungitoxicity: Recent Achievements in Targeted Fungicide Discovery
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植物病原真菌持续对全球农业生产构成威胁。鉴于杀菌剂抗性已广泛形成，且环境与监管约束不断增强，亟需精准的病害防控策略，以提升选择性、持效性与可持续性。本文综述系统评析了针对植物病原真菌的靶向型杀菌剂发现领域的最新进展。研究人员将相关策略归纳为三类互补方向：（1）
植物病原真菌持续对全球农业生产构成威胁。鉴于杀菌剂抗性已广泛形成，且环境与监管约束不断增强，亟需精准的病害防控策略，以提升选择性、持效性与可持续性。本文综述系统评析了针对植物病原真菌的靶向型杀菌剂发现领域的最新进展。研究人员将相关策略归纳为三类互补方向：（1）靶向真菌中对生存必需或与侵染相关的生物学过程；（2）通过干扰免疫逃逸与效应子介导互作来解除病原毒力（virulence）；（3）通过宿主导向或双重作用干预激活或重定向宿主防御。本文从机制依据、预期选择性、抗性风险及田间部署挑战等方面，对上述策略进行了比较。此外，本文还讨论了若干新兴赋能技术，包括化合物再利用、结构生物学（structural biology）以及人工智能辅助（AI-assisted）杀菌剂设计，这些技术正在加速靶标鉴定与先导化合物优化。上述策略已开始促进具有更高特异性和病害防控潜力化合物的发现。研究人员认为，这些方法的整合应用有望支持开发出选择性更强且潜在持久性更高的病害防控药剂。
1. Introduction
文章指出，真菌病原物仍是作物生产与粮食安全的重要威胁。传统杀菌剂虽然在病害管理、产量保护和采后品质维持中发挥关键作用，但其长期有效性正受到广泛抗性与环境监管压力的双重削弱。由此，研究重心正从依赖广谱真菌毒杀作用转向更高选择性、更具机制导向的病害防控路径。文中明确界定“靶向型杀菌剂发现”并非仅指已知分子作用机制，而是强调有目的地利用真菌生物学、病原毒力机制、宿主—病原互作及宿主防御过程，以提升防控精准性、选择性、持久性和应用灵活性。作者同时说明，综述重点聚焦植物病原真菌，但在少数情况下引入卵菌、酵母、人体病原真菌及细菌性植物病害系统中的研究，仅作为可迁移概念的类比，而非直接证据。
2. Discovery of Fungicide Targets: From Broad-Spectrum Toxicity to Targeted Disease Control
本节围绕“由广谱毒性向靶向防控转变”的总体趋势，概述了若干具有代表性的靶标空间。作者强调，此处并不试图穷尽所有可能靶标，而是通过典型实例展示实现更高选择性病害防控的不同技术路线。核心观点在于，靶标发现不应停留于生物学重要性的描述，而应进一步关注其化学可干预性、选择性基础及实际转化潜力。
2.1. Revisiting Established Fungicide Targets
作者指出，经典杀菌剂靶标如甾醇生物合成、线粒体呼吸及微管蛋白聚合，虽然已因严重抗性问题而面临挑战，但并未失去研究价值。其更新利用的关键在于借助新骨架、新结合模式、变构抑制（allosteric inhibition）和结构指导优化重新挖掘潜力。文中以琥珀酸脱氢酶（SDH）和甾醇14α-去甲基化酶CYP51为例，说明冷冻电镜（cryo-EM）结构解析和深度学习筛选如何支持新型选择性抑制剂的设计。细胞壁相关靶标也是本节重点，包括几丁质合成酶（CHS）与β-(1,3)-葡聚糖合成酶FKS1。作者结合卵菌PsChs1和酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）Chs1的多状态结构研究，说明结构生物学如何揭示几丁质定向合成机制及Nikkomycin Z（NikZ）、Polyoxin B等抑制剂的结合基础；同时指出FKS1的结构研究有助于理解催化机制、调控特征与抗性相关变化。总体上，本小节强调，经典靶标的“再靶向化”只有在改进选择性、克服抗性或实现新型结合行为时，才真正符合本文所界定的靶向型发现范式。
2.2. Exploring the Targeting Potential of Pathogenicity-Related Pathways
本小节将注意力转向与致病性密切相关的信号与调控通路，如细胞壁完整性通路、丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路、cAMP–PKA信号、自噬（autophagy）、TOR信号、钙调神经磷酸酶（calcineurin）通路及G蛋白信号。作者强调，尽管这些通路对侵染、生长、胁迫适应和寄主定殖具有重要作用，但“生物学必需性”并不自动等同于“可用药靶标”。主要难点在于许多通路在真核生物中高度保守，若缺乏足够选择性，可能影响植物宿主或非靶标生物。因此，真正有价值的靶标既可能是真菌特有组分，也可能是与植物或动物同源蛋白相比具有可利用结构差异的保守靶标。作者以Mps1和calcineurin为例，认为这些靶标仍具研究意义，但前提是必须通过严格证据证明其选择性基础。引入人体病原真菌中FK520类似物的研究，则主要是为了说明结构指导设计如何帮助区分抗真菌活性与宿主毒性。
2.3. Discovering Novel Targets and Corresponding Lead Compounds
作者指出，未来杀菌剂创新不仅依赖既有靶标改造，更依赖新靶标与相应先导化合物的发现。近年来虽已有大量潜在靶标被提出，但其证据层级差异显著：有些主要停留在遗传学或机理学层面，有些则已出现具备可测抗真菌活性或防病效果的化合物。因而，应将“生物学上有趣”的靶标与“化学上可操作、农业上可转化”的靶标区分开来。表2在文中承担了证据整合功能，用以展示真菌生物学靶向、抗毒力和宿主导向或双重作用保护这三类方向中，具有代表性的靶标—化合物组合及其不同的实验成熟度。
3. Action Mechanisms of Targeted Fungicides
本节从作用机制角度构建了靶向型杀菌剂的三种代表性范式：靶向真菌特异或侵染相关生物学过程、解除病原毒力武器库、重编程宿主防御反应。作者认为，这三类模式在机制基础、预期选择性、抗性风险及部署难题上各不相同，但彼此互补，共同扩展了杀菌剂研发的概念边界。
3.1. Targeting Fungal-Specific Biological Processes
该部分聚焦于真菌特异性或与侵染高度相关的生物学过程。作者以附着胞（appressorium）形成、宿主穿透和膜重组等过程为切入点，指出这些感染关键步骤比单纯的普遍生长更适合作为精准干预入口。黑色素生物合成是典型实例，尤其在稻瘟病菌（M. oryzae）及部分炭疽菌（Colletotrichum spp.）中与附着胞功能密切相关。传统抑制剂如tricyclazole及其相关化合物通过干扰该通路削弱侵染，近期研究又显示愈创木酚（guaiacol）可抑制Exserohilum turcicum中DHN-黑色素生物合成并降低盆栽条件下病害发生。作者同时提醒，此策略也存在田间群体适应和抗性形成风险。另一重点是超长链脂肪酸（VLCFAs）生物合成。文中指出，VLCFAs不仅参与细胞形态调控，还与septin环组装及侵染结构形成有关；metazachlor、cafenstrole和diallate等抑制剂能够破坏septin环形成并抑制稻瘟病菌致病过程，且已有田间防效报道。此外，膜组织也是潜在干预位点，herbicolin A（HA）通过结合麦角固醇（ergosterol）并破坏富含麦角固醇的脂筏（lipid rafts），影响禾谷镰刀菌（F. graminearum）的菌丝生长、子囊壳形成与致病性。作者据此认为，这类策略的价值在于直接打击病程启动与推进所依赖的生物学事件，但其走向应用仍需解决抗性管理、制剂适配、田间稳定性与作物安全等问题。
3.2. Disarming the Pathogen’s Virulence Arsenal
本小节讨论抗毒力（anti-virulence）策略，即通过削弱病原致病功能而非直接抑制生长来减轻病害。作者认为，该策略在广泛抗药性背景下具有替代或补充传统杀菌剂的潜力。几丁质脱乙酰酶（CDA）被视为较明确的毒力相关靶标之一，因为病原物可通过将几丁质转化为壳聚糖来降低宿主识别，从而实现免疫逃逸。文中列举了苯甲羟肟酸（benzohydroxamic acid）、基于定量构效关系（QSAR）设计的抑制剂以及基于结构虚拟筛选获得的抑制剂，说明CDA具有较好的化学可干预性。不过作者也强调，该类抑制并不必然直接杀死病原，而是更多依赖宿主免疫系统的有效响应，因此在高感品种或高病压条件下实际效果可能受限。效应子蛋白则构成另一类关键抗毒力靶标。以稻瘟病菌效应子MoErs1与宿主免疫蛋白酶OsRD21的互作为例，FY21001通过破坏二者界面恢复宿主防御，体现了效应子靶向策略的概念验证意义。然而作者也指出，植物病原真菌效应子常具有多样性、冗余性和快速进化特征，单一效应子抑制可能因功能补偿而效果有限。文中进一步对“抗毒力策略抗性压力较低”的常见观点提出谨慎修正，认为只要化合物在植株体内减少侵染或繁殖，选择压力依然存在，只是抗性形成路径可能表现为界面改变、冗余启用或毒力程序补偿。
3.3. Reprogramming Host Defence Responses
这一部分将宿主导向策略界定为以植物自身为直接作用对象的病害控制模式，目标包括增强免疫识别、诱导防御预激（priming）或将病原抑制与宿主激活结合。文中首先介绍DNA适配体（aptamer）SOD9.14F和SOD9.26F，其靶向灰葡萄孢（B. cinerea）超氧化物歧化酶1（BcSOD1），既抑制真菌萌发与病程进展，又激活植物防御相关反应，体现了双重作用策略的代表性。作者同时强调，核酸类分子在田间应用中面临核酸酶降解、递送效率、叶面持留与制剂要求等明显障碍。其次，单烷基亲脂性阳离子（MALCs）如C18-SMe2+可破坏多种真菌病原体线粒体功能，抑制氧化磷酸化并诱导类似凋亡反应，同时促进宿主防御相关氧化反应，这种双重模式显示出一定吸引力，但也使选择性评估更加复杂。第三类实例是宿主来源蛋白激发子，如水稻分泌蛋白OsSSP1通过OsSSR1–OsBAK1受体复合体激活免疫信号，并在一定时期内增强对稻瘟病菌的抗性。总体而言，作者认为宿主导向策略可通过核酸、小分子和蛋白质等多种形式实现，其优势在于减少对直接病原毒杀的单一依赖，但其效果高度受宿主基因型、发育阶段、施用时机与环境条件影响，因此在农业场景下必须同步评估生物活性、作物安全性与应用可行性。
3.4. Conceptual Analogies from Non-Crop-Pathogen Systems
本部分通过非作物病原系统中的案例提供概念类比，而非直接的植物病原真菌证据。医学真菌学中膜靶向抗真菌化合物的研究表明，真菌膜磷脂可能是具有化学可开发性的靶标空间，可为植物病原真菌膜相关选择性设计提供方法学启示。卵菌系统中针对Nep1-like proteins（NLPs）的研究则说明，细胞外毒力因子可以通过小分子结合加以中和，从而减少坏死和致病效应。细菌性植物病害系统中的肽类策略则展示了通过稳定宿主防御调控因子来增强激素信号和抗性的宿主导向设计原则。作者借此强调，不同病理系统之间可以共享设计理念，但在跨系统借鉴时必须严格区分概念可迁移性与直接应用证据。
4. Accelerating Discovery: Innovative Approaches to the Discovery and Design of Targeted Fungicides
本节总结了推动靶向型杀菌剂发现提速的三类赋能方法：化合物再利用、结构生物学（structural biology）与人工智能（AI）/计算生物学。作者认为，这些工具分别作用于早期先导发现、靶标机制解析、虚拟筛选、候选优选和分子设计等不同环节，但都不能替代后续的生化验证、生物学测试与农业条件评估。
4.1. Repurposing Drugs
作者指出，人用药物由于已具备一定药理与化学信息，因此可作为杀菌剂发现的起始点。propranolol被鉴定为磷脂酸磷酸酶Pah1抑制剂，并经进一步化学修饰获得在稻瘟病和赤霉病中具有更好活性及田间效果的衍生物；doxorubicin则被报道可抑制磷脂酰丝氨酸脱羧酶并扰乱磷脂代谢，从而损害真菌发育和毒力。除人药外，原属除草剂相关化学空间的VLCFA生物合成抑制剂也被重新定向用于干预稻瘟病菌septin依赖的侵染过程。褪黑素（melatonin）及其衍生物则展示了内源调节分子在Mps1、MoIcl1和Cap20等保守靶标中的探索价值。该小节的核心结论是，再利用策略能够缩短早期发现周期，但已有用途并不能免除其在靶标选择性、作物安全和农业适用性方面的重新评估。
4.2. Structural Biology-Driven Fungicide Discovery and Design
作者认为，基于结构的设计（SBDD）正在成为靶向型杀菌剂研发的重要支撑，尤其适用于命中物识别及先导优化阶段。文中以FY21001和双特异性抑制剂A1-4为代表，说明晶体结构与分子对接模型如何帮助解析MoErs1–OsRD21互作界面，以及如何利用Tps1结构识别可同时作用于海藻糖-6-磷酸合酶（TPS）和海藻糖-6-磷酸磷酸酶（TPP）的新型化合物。作者还统计了十大植物病原真菌截至2025年的蛋白结构资源，总体显示实验解析结构数量持续增加，但真正处于配体结合态、尤其是与杀菌剂或抑制剂复合的结构仍相对有限。由此可见，结构生物学已为靶标机制解析和结合模式理解提供更精细基础，但结构可获得性本身并不等于化学可开发性或田间有效性。
4.3. AI and Computational Biology in Fungicide Discovery
本小节主要讨论人工智能和计算方法在结构预测、虚拟筛选和从头设计中的应用。作者指出，AlphaFold2和AlphaFold3显著降低了缺乏实验结构靶标的建模门槛，并以MoMps1与配体复合物为例，说明AlphaFold3在整体构象和配体结合口袋重建方面具有较高准确性。与此同时，KarmaDock、DeepDock等方法可提升大规模化学库虚拟筛选的效率与优先级排序，但它们主要优化候选化合物筛选流程，并不能直接证明抗真菌活性。进一步地，RFdiffusion和BindCraft等工具扩展了针对特定靶标设计结合蛋白或肽的可能性，尤其对传统小分子难以触及的蛋白—蛋白相互作用靶标具有潜在意义。作者总体评价认为，AI在当前最成熟的作用是支持结构预测和筛选优先级优化，而从头设计仍处于较早阶段，其所有计算输出都必须接受实验与转化层面的严格验证。
5. Discussion、6. Conclusions
讨论与结论部分对全文进行了整合提升。作者提出了一个面向农业条件的靶向型杀菌剂候选物分步评估框架，其核心环节包括靶标与通路相关性、生化靶标验证、化合物活性、选择性、作物安全、制剂与递送可行性、环境稳健性、抗性风险、与现有病害管理体系的兼容性以及温室和田间层面的可重复防效。文中强调，不同干预模式在评估重点上有所差异：真菌生物学靶向策略更关注靶标结合、病原选择性与抗性风险；抗毒力策略更依赖宿主免疫能力、靶标冗余度与毒力界面的稳定性；宿主导向或双重作用策略则尤其需要关注作物安全、防御代价、施用时机与递送效率。作者进一步指出，机制上的概念验证并不等同于农业可部署性，环境稳定性、雨淋牢度、紫外稳定性、叶面持留、生产成本、法规可行性和桶混兼容性等因素都将深刻影响实际应用。对于抗毒力与宿主导向策略，文章特别提醒不可简单假定其“天然不易产生抗性”，而应依据其对病原繁殖和传播适合度的影响来评估选择压力。最终，作者认为未来病害管理可能依赖常规杀菌剂、抗毒力化合物与宿主防御增强剂的协同整合；靶向型杀菌剂发现也应被理解为连接真菌生物学、宿主—病原互作、化学干预、抗性管理与田间应用性的综合策略，而非单纯寻找新分子靶标的过程。
