The overuse of antibiotics over an extended period has led to increasing antibiotic resistance in pathogenic bacteria, culminating in what is now considered a global health crisis. To tackle the escalating disaster caused by multidrug-resistant pathogens, the development of new bactericides with new action mechanism is highly necessary. In this study, using a biomimicking strategy, a series of new nonivamide derivatives that feature an isopropanolamine moiety [the structurally similar to the diffusible signal factor (DSF) of Xanthomonas spp.] were prepared for serving as potential quorum-sensing inhibitors (QSIs). After screening and investigation of their rationalizing structure-activity relationships (SARs), compound A

Benzimidazoles, the representative pharmacophore of fungicides, have excellent antifungal potency, but their simple structure and single site of action have hindered their wider application in agriculture. In order to extend the structural diversity of tubulin-targeted benzimidazoles, novel benzimidazole derivatives were prepared by introducing the attractive pyrimidine pharmacophore. 2-((6-(4-(trifluoromethyl)phenoxy)pyrimidin-4-yl)thio)-1H-benzo[d]imidazole (A25) exhibited optimal antifungal activity against Sclerotinia sclerotiorum (S. s.), affording an excellent half-maximal effective concentration (EC50) of 0.158 μg/mL, which was higher than that of the reference agent carbendazim (EC50 = 0.594 μg/mL). Pot experiments revealed that compound A25 (200 μg/mL) had acceptable protective activity (84.7%) and curative activity (78.1%), which were comparable with that of carbendazim (protective activity: 90.8%; curative activity: 69.9%). Molecular docking displayed that multiple hydrogen bonds and π–π interactions could be formed between A25 and β-tubulin, resulting in a stronger bonding effect than carbendazim. Fluorescence imaging revealed that the structure of intracellular microtubules can be changed significantly after A25 treatment. Overall, these remarkable antifungal profiles of constructed novel benzimidazole derivatives could facilitate the application of novel microtubule-targeting agents.

Growth substrates are essential for aquaponic systems and play an important role in vegetable growth and water quality. In this study, we explored an innovative combination of coconut bran and coconut shell biochar (CSB) as a composite growth substrate for lettuce cultivation in aquaponic systems. The study included the control (100 % coconut bran as the growth substrate) and treatment groups (T1-T5; containing 10 %, 20 %, 30 %, 40 %, and 50 % CSB as the growth substrate, respectively). The substrate properties; lettuce growth performance; and soil enzyme activity, nitrogen content, and abundance of microbial communities in the substrate were analyzed to determine the optimal substrate. Our findings indicated that CSB incorporation significantly altered the properties of the substrate, resulting in increased dry and bulk densities, pH, and water-holding capacity, and decreased electrical conductivity, water-absorption capacity, and porosity. Furthermore, the fresh weight of lettuce was notably increased in the treatment groups. The activities of fluorescein diacetate hydrolase, urease, nitrate reductase, and hydroxylamine reductase initially increased and further decreased, reaching the maximum in the T3 group. Conversely, the activity of nitrite reductase and contents of available nitrogen, nitrate-nitrogen, and ammonium-nitrogen in the substrates initially decreased and further increased, with the minimum values observed in the T3 group. The microbial sequencing results indicated that CSB incorporation significantly increased the microbial diversity and relative abundance of microorganisms associated with nitrogen transformation. Moreover, 30 % CSB incorporation exhibited the greatest effect on lettuce growth, with a 34.5 % and 31.6 % increase in fresh weight compared to the control during the growth and harvest periods, respectively. This study indicated the enormous potential of biochar in the research and development of green technologies for substrate amendment in aquaponic systems.

Bacterial infections and the consequent outburst of bactericide-resistance issues are fatal menace to both global health and agricultural produce. Hence, it is crucial to explore candidate bactericides with new mechanisms of action. The filamenting temperature-sensitive mutant Z (FtsZ) protein has been recognized as a new promising and effective target for new bactericide discovery. Hence, using a scaffold-hopping strategy, we designed new 7H-pyrrolo[2,3-d]pyrimidine derivatives, evaluated their antibacterial activities, and investigated their structure–activity relationships. Among them, compound B6 exhibited the optimal in vitro bioactivity (EC50 = 4.65 µg/mL) against Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo), which was superior to the references (bismerthiazol [BT], EC50 = 48.67 µg/mL; thiodiazole copper [TC], EC50 = 98.57 µg/mL]. Furthermore, the potency of compound B6 in targeting FtsZ was validated by GTPase activity assay, FtsZ self-assembly observation, fluorescence titration, Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR) assay, molecular dynamics simulations, and morphological observation. The GTPase activity assay showed that the final IC50 value of compound B6 against XooFtsZ was 235.0 μM. Interestingly, the GTPase activity results indicated that the B6-XooFtsZ complex has an excellent binding constant (KA = 103.24 M−1). Overall, the antibacterial behavior suggests that B6 can interact with XooFtsZ and inhibit its GTPase activity, leading to bacterial cell elongation and even death. In addition, compound B6 showed acceptable anti-Xoo activity in vivo and low toxicity, and also demonstrated a favorable pharmacokinetic profile predicted by ADMET analysis. Our findings provide new chemotypes for the development of FtsZ inhibitors as well as insights into their underlying mechanisms of action.

Grain of high yield and quality is needed worldwide due to the needs of a rapidly increasing human population. However, diseases caused by some stubborn types of phytopathogenic bacteria can limit the health and yields of crops. Even worse, conventional commercial bactericides have limited efficacy against such diseases. Therefore, exploring some efficacious bactericidal alternatives is urgently needed. In this work, a new type of 3-(piperazin-1-yl)propan-2-ol modified carbazole derivatives was synthesized and assessed for their bactericidal activity. Among them, compound B16 was the optimal active molecule, giving the EC50 values of 3.11 (Xanthomonas oryzae pv. oryzae), 3.20 (Xanthomonas axonopodis pv. citri) and 3.54 μg/mL (Pseudomonas syringae pv. actinidiae). Pot experiments revealed compound B16 to be able to control rice bacterial leaf blight. Some biochemical assays illustrated that our designed compounds could destroy the integrality of bacterial cell membranes and thereby leading to leaking the intracellular protein. These findings may be regard as a reference for the design of novel membrane-targeting antimicrobial agents for managing stubborn plant bacterial diseases.

Kiwifruit bacterial canker, caused by

Tobacco mosaic virus (TMV), a representative plant virus, is widely known and causes severe crop losses worldwide. In order to ensure the demand for crop and food security, the exploration of novel antiviral agents with outstanding activity and unique mechanisms of action is necessary. Herein, 40 new azole–quinolinone molecules were elaborately designed and systematically evaluated for their anti-TMV activity. Notably, compound A21 had significant therapeutic activity against TMV (EC50 value = 200 μg/mL), which was superior to commercial ningnanmycin (280 μg/mL). Studies on the anti-TMV mechanism showed that compound A21 could suppress the expression level of important TMV genes and affect the assembly of TMV viral particles by disrupting the self-assembly process of TMV coat protein (TMV-CP). In-depth antiviral behaviors were verified by molecular docking, fluorescence titration analysis, and TMV assembly assays, suggesting that compound A21 strongly interacted with TMV coat protein through various interactions. Overall, this promising work discloses a new paradigm for the exploitation of 2-quinolinone-based virucidal agents for hindering plant viral infection through triggering versatile antiviral behavior.