Acetolactate synthase (ALS) catalyzes the first common step in the biosynthesis of valine, leucine, and isoleucine. ALS is the target enzyme for several classes of structually diverse herbicides. We have synthesized 4,6-dimethoxypyrimidine derivatives as ALS inhibitors, and their inhibitory activities on barley ALS were determined. $IC_{50}$ values for the derivatives are 0.2~200 ${\mu}m$. K11570, the most potent ALS inhibitor with $IC_{50}$ of 0.2 ${\mu}m$, showed mixed-type inhibition with respect to substrate pyruvate, and the progress curves for ALS inhibition by K11570 indicated that the amount of inhibition increased with time. Inhibition-competition experiments were carried out and indicated that three different classes of inhibitors, K11570, a sulfonylurea Ally, and leucine, bind to ALS in a mutually exclusive manner. Chemical modification of tryptophanyl and tyrosyl residues of ALS decreased the sensitivity of ALS to K11570, while cysteine modification did not affect the sensitivity. These results suggest that tryptophanyl and tyrosynyl residues are probably located at or near the inhibitor binding site.
The inhibition characteristics of chlorsulfuron [CHL, 2-chloro-N-[{ (4-methoxy-6-methyl-1,3,5-triazin-2-yl)amino}carbonyl]benzenesulfonamide] and imazaquin [IMA, 2-{4,5-dihydro-4-methyl-4-(1-methy-lethyl)-5-oxo-1H-imidazol-2-yl}-3-quinolinecarboxylic acid] on acetolactate synthase(ALS) activity of corn plants were investigated. CHL and IMA rapidly inhibited ALS activity of corn plants in vitro. Their $I_{50}$ values for ALS activity were 100nM and $5{\mu}M$, respectively, indicating that CHL had 50 times more inhibitory effect on ALS activity than IMA. The first applied herbicide had a dominant inhibitory effect on ALS activity when the two herbicides were applied sequentially. Branched-chain amino acids, valine(Val), leucine(Leu), and isoleucine(Ile) showed a feedback inhibition on ALS activity ; Val or Leu had a more inhibitory effect on ALS activity than Ile. Branchedchain amino acids and CHL or IMA exhibited an additive effect on inhibiting ALS activity. This suggests that branched-chain amino acids inhibit ALS activity by a different mechanisms) from that of CHL or IMA. Apparent ALS activity, which was measured on the basis of the conversion of pyruvate to acetolactate, was decreased by the addition of 2-ketobutyrate into the ALS reaction mixture in a concentration-dependent manner. In addition, kinetic studies revealed that CHL acts as a noncompetitive inhibitor, while IMA acts as an uncompetitive inhibitor to ALS with respect to pyruvate.
Park, S.H.;Lee, K.H.;Choi, J.S.;Pyon, J.Y.;Cho, K.Y.;Hwang, I.T.
The Korean Journal of Pesticide Science
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v.5
no.3
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pp.41-46
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2001
This study was conducted to develop a high throughput system for screening acetolactate synthase(ALS) inhibitors, and to detect basic mother molecules for developing new novel herbicide candidates. The high throughput screening (HTS) method using 96-well plate and microplate reader was developed. This method is 8 times more effective than basic technique in one cycle per person. Futhermore, considering for less than 1/10 volume of materials required for ALS test and enzyme kinetics with 16 times faster speed compared to those of former procedure, this HTS method has more than 100 times higher efficacy than basic system in a consecutive procedure. We discovered 11 new ALS inhibitors such as 2-oxoglutaric acid, aminooxyacetic acid, azelaic acid, citric acid, cyanuric fluoride, itaconic acid, malonic acid, niclosamide, oxalic acid, glyoxylic acid, and suramin from 107 commercial plant-specific inhibitors using this technique. We hope these results might be useful to discover lead compounds for developing new novel herbicide candidate.
A Lindernia dubia (L.) Pennell var. dubia accession from Jeonnam province, Korea was tested for resistance to sulfonylurea (SU) herbicides, imazosulfuron and pyrazosulfuron-ethyl in whole-plant response bioassay. The accession was confirmed resistant to both herbicides. The $GR_{50}$ (herbicide concentration that reduced shoot dry weight by 50%) values of resistant accession were 264 and 19 times higher to imazosulfuron and pyrazosulfuronethyl, respectively, than that of the standard susceptible accession. The surviving resistant L. dubia after pyrazosulfuron-ethyl + molinate application can be controlled by sequential applications of soil-applied herbicides, butachlor, dithiopyr, pyrazolate, and thiobencarb and foliar herbicides, bentazon. Sulfonylurea-based mixtures such as mixtures of azimsulfuron + anilofos, bensulfuron-methyl + oxadiazon, pyrazosulfuron-ethyl + fentrazamide, and pyrazosulfuron-ethyl + anilofos + carfentrazon can also be used to control the surviving resistant L. dubia. However, use of these mixtures should be restricted to a special need basis. Thus, we suggest that sequential applications of non-SU-based mixtures such as butachlor + pyrazolate and MCPB + molinate + simetryne be used to control the surviving resistant L. dubia after SU herbicide applications. Rice yield was reduced 24 % by resistant L. dubia that survived after the pyrazosulfuron-ethyl + molinate application compared with pyrazolate + butachlor in transplanted rice culture. In vitro ALS activity of the resistant biotype was 40 and 30 times more resistant to imazosulfuron and pyrazosulfuron-ethyl, respectively, than the susceptible biotype. Result of in vitro ALS assay that the resistance mechanism of L. dubia to SU herbicides may be due, in part, to an alteration in the target enzyme, ALS.
Joo, Young A;Kim, Dae Whang;Chang, Soo Ik;Choi, Jung Do
Journal of the Korean Chemical Society
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v.41
no.6
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pp.304-312
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1997
Acetolactate synthase(ALS) is the common enzyme in the biosynthetic of valine, leucine, and isoleucine, and is the target of several classes of structually unrelated herbicides, including sulfonylureas, imidazolinones, and triazolopyrimidines. In an effort to develop new and desirable herbicides, we have synthesized 4,6-dimethoxypyrimidine derivatives, and examined their inhibitory activities on pea ALS. The most active compound was found to be K11570 and $IC_{50}$ value for K11570 was 0.2 ${\mu}M.$ The inhibition of pea ALS by K11570 was biphasic, showing increased inhibition with incubation time. The K11570 showed mixed-type inhibition with respect to substrate pyruvate. Dual inhibition analysis of K11570 versus sufonylurea herbicide Ally and feedback inhibitor leucine revealed that three inhibitors were competitive for binding to ALS. The arginine modified enzyme showed decreased inhibition by K11570, sufonylurea Ally, and leucine, in constrast to, tryptophan modification did not affect on the sensitivity of ALS to the inhibitors.
Park, Min-Sik;Park, Yong-Seog;Kim, Sung-Min;Lee, Jeong-Deug
Korean Journal of Weed Science
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v.31
no.2
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pp.192-198
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2011
This study was conducted to investigate the herbicidal activity against Scirpus planiculmis (SCPPL) which has been reported as resistant biotype on sulfonylurea (SU) herbicides at the west coast reclaimed area first and proliferated continuously at Hwasung and Pyeongtaek in Gyeonggi province, and some Chungnam province. In order to investigate resistance breakability against SCPPL, new rice herbicides containing tefuryltrione [p-hydrophenyl pyruvate dioxygenase (HPPD) inhibitor], pyrimisulfan and triafamone[actolactate synthethase (ALS) inhibitor] were tested. In both lab and field experiments, tefuryltrione GR, 4-HPPD inhibitor showed growth retardation with a bleaching on the young leaves of SCPPL at early time after treatment. However, it restored and regerminated with insufficient control effect. On the other hand, pyrimisulfan+mefenacet SC, triafamone+tefuryltrione GR, and ALS inhibitor showed excellent control effect on SU-resistant SCPPL with growth retardation and necrosis. In particular, pyrimisulfan+mefenacet SC showed excellent controlling effect on SU-resistant SCPPL in regional field experiments.
Won, Ok Jae;Lee, Jeung Joo;Eom, Min Yong;Suh, Su Jeoung;Park, Su Hyuk;Hwang, Ki Seon;Pyon, Jong Yeong;Park, Kee Woong
Weed & Turfgrass Science
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v.3
no.2
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pp.110-113
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2014
The continuous use of acetolactate synthase (ALS) and acetyl-CoA carboxylase (ACCase) inhibitors has led to the selection of herbicide resistant barnyardgrass populations in direct-seeded rice fields of Korea. This study was conducted to identify herbicide resistant barnyardgrass biotypes and to determine the cross- and multiple-resistance of them. 25% of the population collected from Taeahn was partially resistant to ACCase inhibitors and 22% collected from Kimjae were partially resistant to ALS inhibitors. However, 8.2% of the population from both sites was resistant to ALS and ACCase inhibitors. Resistance to sulfonylurea herbicide, flazasulfuron was identified from two barnyardgrass accessions collected from both Taeahn and Kimjae. One barnyardgrass accession from both sites was resistant to ACCase inhibitor, sethoxydim. The cross-resistance to ALS inhibitors was identified at one barnyardgrass accession from Taeahn and at two accessions from Kimjae. Further, crossresistance to ACCase inhibitors was also identified at barnyardgrass accessions from Taeahn and Kimjae. Multiple-resistance to flazasulfuron and sethoxydim was determined at four barnyardgrass accessions from Taeahn and at six accessions from Kimjae. Therefore, the herbicide mixture and sequences within a growing season or the herbicide rotation with different modes of actions across growing seasons are recommended to control herbicide-resistant barnyardgrass in infested fields.
Lee, Jae Soeb;Chang, Soo Ik;Nam Goong, Sung Keon;Shin, Jung Hyu;Choi, Jung Do
Journal of the Korean Chemical Society
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v.42
no.3
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pp.306-314
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1998
Acetolactate synthase (ALS) is the common enzyme in the biosynthesis of branched chain amino acids, Val, Leu, and Ile in bacteria, yeast, and higher plants. The enzyme is target site of several classes of structually diverse herbicides, including the sulfonylureas, the imidazolinones, the triazolopyrimidines, and the primidyl-oxy-benzoates. We have synthesized new triazolopyrimidine (TP) derivatives, and determined their inhibitory activities on barley ALS. $lC_{50}$ values for the active compounds were 3.2 nM-0.62 mM, and some of them appeared to be potent inhibitors. The progress curves for inhibition of ALS by TP4, a representative derivative, indicated that the extent of inhibition increased with incubation time. The inhibition of ALS by TP4 showed mixed-type inhibition with respect to pyruvate. Dual inhibition analyses of TP4 versus imidazolinone Cadre and feedback inhibitor Leu suggested that three different classes of inhibitors bind to ALS in a mutually exclusive manner. Chemical modification of tyrosyl residues of ALS decreased sensitivity of ALS to TP4, while modification of tryptophan and cysteine did not affect the sensitivity.
Park, Tae-Seon;Ku, Bon-Il;Kang, Sin-Koo;Choi, Min-Kyu;Park, Hong-Kyu;Lee, Kyong-Bo;Ko, Jae-Kwon
Korean Journal of Weed Science
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v.30
no.3
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pp.291-299
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2010
Cyhalofop-butyl and penoxsulam, known for respective acetyl CoA carboxylase (ACCase) and acetolactate synthase (ALS) inhibitor, have been widely using as a post-emergence foliar application for many years in wet-seeded rice field in Korea. Since 2009, control of Echinochloa oryzoides with cyhalofop-butyl and penoxsulam was no longer satisfactory. Greenhouse and experiment in rice field were conducted to confirm E. oryzoides resistance to ACCase and ALS inhibitors and to compare herbicide treatments for control of the resistant E. oryzoides to ACCase and ALS inhibitors. Three resistant E. oryzoides to ACCase and ALS inhibitors accessions were tested for levels of resistance to cyhalofop-butyl and penoxsulam, base on survival rate. Iksan and Kimje accessions were not any affected to the survival by treatment with recommended doses of two herbicides tested. Buan accession displayed an intermediate response of 62 and 72% survival at recommended doses of cyhalofop-butyl and penoxsulam, respectively. Survival rates to herbicides mixed with ACCase and ALS inhibitors at 3.5 leaf stage of E. oryzoides was over 80%. Benzobicyclon+fentrazamide+bensulfuron SC, benzobicyclon+mefenacet+bensulfuron SC, benzobicyclone +cafenstrole+pyrazosulfuron-ethyl GR controlled effectively by 2 leaf stage of resistant E. oryzoides to ACCase and ALS inhibitors. In the field experiment, single treatment of benzobicyclon+ fentrazamide+bensulfuron SC and benzobicyclon+mefenacet+bensulfuron SC failed to control E. oryzoides, but squential treatment of benzobicyclon+thiobencarb SE and benzobicyclon+ mefenacet+ bensulfuron SC controlled effectively it in rice infant seedling culture with machine. Our results suggest that resistant E. oryzoides to ACCase and ALS inhibitors had not developed multiple resistance to herbicides with different modes of action. In particular, cafenstrole, fentrazamide, mefenacet were effective control measures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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