1-Deoxy-d-xylulose-5-phosphate synthase (DXPS) is a key-limiting enzyme in the methylerythritol phosphate (MEP) pathway. With only two commercially available herbicides targeting DXPS, there is still a great amount of chemical space to explore new inhibitors targeting DXPS with different skeletons. In this work, we first used CRISPR/Cas9 and virus-induced gene silencing (VIGS) methods to identify the essential function of DXPS. Based on structure-based virtual screening and herbicidal activity assay, we screened two active inhibitors (19 and 24) with novel chemotypes. The analysis of chlorophyll content, surface plasmon resonance (SPR), and molecular docking revealed the mechanism of action of 19 and 24 targeting DXPS. In greenhouse tests, the postemergence and pre-emergence herbicidal activities of 24 (100 and 65%) and Bixlozone (100 and 61%) on BRACL (Brassica chinensis L.) at 750 g a.i./ha were comparable. This work provides a novel chemical framework and optimization basis for the development of herbicides based on DXPS.

中文翻译：

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1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸合酶 （DXPS） 的功能鉴定是通过虚拟筛选发现新型强效抑制剂的有效除草剂靶标

1-脱氧-d-木酮糖-5-磷酸合酶 （DXPS） 是磷酸甲基赤藓糖醇 （MEP） 通路中的关键限制酶。由于只有两种市售的靶向 DXPS 的除草剂，因此仍有大量的化学空间来探索具有不同骨架的靶向 DXPS 的新抑制剂。在这项工作中，我们首先使用 CRISPR/Cas9 和病毒诱导的基因沉默 （VIGS） 方法来确定 DXPS 的基本功能。基于基于结构的虚拟筛选和除草活性测定，我们筛选了两种具有新型化学型的活性抑制剂 （19 和 24）。 叶绿素含量、表面等离子体共振 （SPR） 和分子对接的分析揭示了 19 和 24 靶向 DXPS 的作用机制。在温室试验中，24 种（100 和 65%）和 Bixlozone（100 和 61%）在 750 克有效成分/公顷的 BRACL （Brassica chinensis L.） 上的苗后和苗前除草活性相当。这项工作为基于 DXPS 的除草剂开发提供了新的化学框架和优化基础。