Nematoda pinus mangrupikeun éndoparasit migrasi karantina anu dipikanyaho nyababkeun karugian ékonomi parah dina ékosistem leuweung pinus. Ulikan ayeuna marios kagiatan nematicidal tina indoles halogénated ngalawan nematoda pinus sareng mékanisme tindakanna. Kagiatan nematicidal of 5-iodoindole jeung avermectin (kontrol positif) ngalawan nematodes pinus éta sarupa jeung luhur dina konsentrasi low (10 μg / mL). 5-iodoindole ngurangan fecundity, aktivitas réproduktif, mortality émbrionik jeung larva, sarta kabiasaan lokomotor. Interaksi molekular ligan jeung reséptor saluran klorida glutamat-gated invertebrata-spésifik ngarojong anggapan yén 5-iodoindole, kawas avermectin, meungkeut pageuh kana situs aktip reséptor. 5-Iodoindole ogé ngainduksi rupa-rupa deformasi phenotypic dina nematoda, kaasup runtuhna organ abnormal / shrinkage jeung ngaronjat vakuolization. Hasil ieu nunjukkeun yén vakuola tiasa maénkeun peran dina maotna anu dimédiasi methylation nematode. Anu penting, 5-iodoindole henteu toksik pikeun duanana spésiés tutuwuhan (kol sareng lobak). Ku kituna, ulikan ieu nunjukkeun yén aplikasi iodoindole dina kaayaan lingkungan bisa ngadalikeun tatu layu pinus.
Nematoda kayu pinus (Bursaphelenchus xylophilus) kagolong kana nematoda kayu pinus (PWN), nematoda endoparasitik migrasi anu dipikanyaho nyababkeun karusakan ékologis parah pikeun ékosistem leuweung pinus1. Panyakit layu pinus (PWD) disababkeun ku nematoda kayu pinus janten masalah serius di sababaraha buana, kalebet Asia sareng Eropa, sareng di Amérika Kalér, nematoda ngancurkeun spésiés pinus anu diwanohkeun1,2. Turunna tangkal pinus mangrupikeun masalah ékonomi utama, sareng prospek panyebaran globalna pikahariwangeun3. Spésiés pinus di handap ieu anu paling sering diserang ku nematoda: Pinus densiflora, Pinus sylvestris, Pinus thunbergii, Pinus koraiensis, Pinus thunbergii, Pinus thunbergii, sareng Pinus radiata4. Nematoda pinus mangrupikeun panyakit serius anu tiasa maéhan tangkal pinus dina sababaraha minggu atanapi sasih saatos inféksi. Sajaba ti éta, wabah nematoda pinus umum dina rupa-rupa ékosistem, ku kituna ranté inféksi pengkuh geus ngadegkeun1.
Bursaphelenchus xylophilus mangrupakeun karantina tutuwuhan-parasit nematoda milik superfamili Aphelenchoidea jeung clade 102.5. Nematoda nyoco kana fungi sarta baranahan dina jaringan kai tangkal pinus, ngembang jadi opat tahapan larva béda: L1, L2, L3, L4 jeung hiji individu sawawa1,6. Dina kaayaan kakurangan pangan, nematoda pinus ngaliwat kana tahap larva khusus - dauer, anu parasitisasi vektorna - kumbang kulit pinus (Monochamus alternatus) sareng ditransferkeun ka tangkal pinus anu séhat. Dina sarwa cageur, nematodes gancang migrasi ngaliwatan jaringan tutuwuhan jeung eupan dina sél parenchymatous, nu ngabalukarkeun sababaraha réaksi hypersensitivity, pinus wilting jeung maot dina sataun sanggeus inféksi1,7,8.
Kontrol biologis nematoda pinus parantos lami janten tangtangan, kalayan ukuran karantina ti abad ka-20. Strategi ayeuna pikeun ngadalikeun nematoda pinus utamina ngalibetkeun perlakuan kimiawi, kalebet fumigasi kai sareng implantasi nematisida kana batang tangkal. Nematicides anu paling sering dianggo nyaéta avermectin sareng avermectin benzoate, anu kalebet kulawarga avermectin. Bahan kimia anu mahal ieu pohara efektif ngalawan seueur spésiés nematoda sareng dianggap aman lingkungan9. Sanajan kitu, pamakéan terus-terusan tina nematicides ieu diperkirakeun nyieun tekanan seleksi nu ampir pasti bakal ngakibatkeun mecenghulna nematodes pinus tahan, sakumaha geus ditémbongkeun keur sababaraha hama serangga, kayaning Leptinotarsa decemlineata, Plutella xylostella jeung nematodes Trichostrongylus colubriformis jeung Ostertagia circumcincta nu geus ngembangkeun lalaunan laun. avermectins10,11,12. Ku alatan éta, pola résistansi kudu rutin diulik jeung nemaicides diayak terus-terusan pikeun manggihan alternatif, ongkos-éféktif jeung ukuran ramah lingkungan pikeun ngadalikeun PVD. Dina dekade panganyarna, sajumlah pangarang geus diusulkeun pamakéan extracts tutuwuhan, minyak atsiri jeung volatiles salaku agén kontrol nematode13,14,15,16.
Urang nembe nunjukkeun aktivitas nematicidal of indole, hiji intercellular na interkingdom signalling molekul, dina Caenorhabditis elegans 17. Indole nyaéta sinyal intrasélular anu nyebar dina ékologi mikroba, ngadalikeun sababaraha fungsi anu mangaruhan fisiologi mikroba, formasi spora, stabilitas plasmid, résistansi ubar, formasi biofilm, sareng virulensi 18, 19 . Aktivitas indole sareng turunanana ngalawan nematoda patogén sanés teu acan ditaliti. Dina ulikan ieu, urang nalungtik aktivitas nematicidal of 34 indoles ngalawan nematodes pinus sarta elucidated mékanisme Peta 5-iodoindole paling potent ngagunakeun mikroskop, fotografi time-lapse, sarta percobaan docking molekular, sarta ditaksir épék toksik na on tutuwuhan ngagunakeun assay pengecambahan siki.
Konséntrasi luhur (> 1.0 mM) indole geus dilaporkeun saméméhna boga pangaruh nematicidal on nematodes17. Saatos perlakuan B. xylophilus (tahap hirup campuran) kalawan indole atawa 33 turunan indole béda dina 1 mM, mortality of B. xylophilus diukur ku cacah nematodes hirup jeung maot dina kontrol jeung grup dirawat. Lima indoles némbongkeun aktivitas nematicidal signifikan; survival grup kontrol untreated éta 95 ± 7% sanggeus 24 h. Tina 34 indole anu diuji, 5-iodoindole sareng 4-fluoroindole dina 1 mM nyababkeun 100% mortalitas, sedengkeun 5,6-difluoroindigo, methylindole-7-carboxylate, sareng 7-iodoindole nyababkeun sakitar 50% mortalitas (Tabel 1).
Pangaruh 5-iodoindole dina formasi vakuola sareng métabolisme nematoda kayu pinus. (A) Pangaruh avermectin jeung 5-iodoindole dina nematoda jalu dewasa, (B) L1 endog nematoda tahap jeung (C) métabolisme B. xylophilus, (i) vakuola teu katalungtik dina 0 h, perlakuan ngakibatkeun (ii) vakuola, (iii) akumulasi sababaraha vakuola, (iv) fusions vakuola, (iv) fusions. (vi) kabentukna vakuola raksasa. Panah beureum nunjukkeun bareuh vakuola, panah biru nunjukkeun fusi vakuola sareng panah hideung nunjukkeun vakuola raksasa. Skala bar = 50 μm.
Sajaba ti éta, ulikan ieu ogé ngajelaskeun prosés sequential maot métana-ngainduksi dina nematodes pinus (Gambar 4C). Maot métanogén nyaéta tipe non-apoptosis tina maot sél pakait sareng akumulasi vakuola sitoplasma nonjol27. Cacat morfologis anu dititénan dina nematoda pinus sigana raket patalina sareng mékanisme maotna anu disababkeun ku métana. Pamariksaan mikroskopis dina waktos anu béda nunjukkeun yén vakuola raksasa kabentuk saatos 20 jam paparan ka 5-iodoindole (0,1 mM). Vakuola mikroskopis dititénan saatos 8 jam perlakuan, sareng jumlahna ningkat saatos 12 jam. Sababaraha vakuola ageung dititénan saatos 14 jam. Sababaraha vakuola ngahiji jelas katingali saatos 12-16 jam perlakuan, nunjukkeun yén fusi vakuola mangrupikeun dasar mékanisme maot métanogenik. Saatos 20 jam, sababaraha vakuola raksasa kapanggih sapanjang cacing. observasi ieu ngagambarkeun laporan mimiti metuosis di C. elegans.
Dina cacing 5-iodoindole-diperlakukeun, aggregation vakuola jeung beubeulahan ogé katalungtik (Gbr. 5), sakumaha dibuktikeun ku bending cacing jeung sékrési vakuola kana lingkungan. Gangguan vakuol ogé dititénan dina mémbran cangkang endog, anu biasana dilestarikan ku L2 salami hatching (Suplemén Gbr. S2). Observasi ieu ngarojong involvement akumulasi cairan sarta gagalna osmoregulatory, kitu ogé tatu sél malik (RCI), dina prosés formasi vakuola jeung suppuration (Gbr. 5).
Hypothesizing peran iodin dina formasi vakuola observasi, urang nalungtik aktivitas nematicidal natrium iodida (NaI) jeung kalium iodida (KI). Sanajan kitu, dina konsentrasi (0.1, 0.5 atawa 1 mM), aranjeunna henteu mangaruhan boh survival nematode atawa formasi vakuole (Suplemén Gbr. S5), sanajan 1 mM KI miboga éfék nematicidal slight. Di sisi séjén, 7-iodoindole (1 atawa 2 mM), kawas 5-iodoindole, ngainduksi sababaraha vakuola jeung deformasi struktural (Suplemén Gbr. S6). Dua iodoindoles nunjukkeun ciri fenotipik anu sami dina nematoda pinus, sedengkeun NaI sareng KI henteu. Narikna, indole henteu nyababkeun formasi vakuola dina B. xylophilus dina konsentrasi anu diuji (data henteu ditingalikeun). Ku kituna, hasil dikonfirmasi yén kompléks indole-iodin tanggung jawab vakuolization jeung métabolisme B. xylophilus.
Di antara indole anu diuji pikeun aktivitas nematicidal, 5-iodoindole boga indéks slip pangluhurna -5,89 kcal/mol, dituturkeun ku 7-iodoindole (-4,48 kcal/mol), 4-fluoroindole (-4,33), jeung indole (-4,03) (Gambar 6). Beungkeut hidrogén tulang tonggong kuat tina 5-iodoindole ka leusin 218 nyaimbangkeun beungkeutanana, sedengkeun sakabéh turunan indole séjén ngabeungkeut sérin 260 ngaliwatan beungkeut hidrogén ranté samping. Di antara iodoindoles modél séjén, 2-iodoindole miboga nilai beungkeutan -5,248 kkal/mol, nu alatan beungkeut hidrogén utama jeung leusin 218. Beungkeut séjén dipikawanoh kaasup 3-iodoindole (-4,3 kcal/mol), 4-iodoindole (-4,0 kcal/mol), jeung (6-2. S8). Kalolobaan indole halogénated jeung indole sorangan, iwal 5-iodoindole jeung 2-iodoindole, ngabentuk beungkeut jeung serine 260. Kanyataan yén beungkeutan hidrogén jeung leucine 218 mangrupa indikasi efisien reséptor-ligan mengikat, sakumaha observasi pikeun ivermectin (Supplementary Gbr. S7), confirms yén 5-iodole, indolétin, jeung 5-iodole. meungkeut pageuh kana situs aktif tina reséptor GluCL via leucine 218 (Gbr. 6 jeung Gambar Tambahan. S8). Kami ngajukeun yén beungkeutan ieu diperyogikeun pikeun ngajaga struktur pori kabuka kompleks GluCL sareng ku cara ngariung sacara ketat kana situs aktif reséptor GluCL, 5-iodoindole, 2-iodoindole, avermectin sareng ivermectin sahingga ngajaga saluran ion kabuka sareng ngamungkinkeun nyerep cairan.
Docking molekular indole sareng indole halogénasi kana GluCL. Orientasi mengikat (A) indole, (B) 4-fluoroindole, (C) 7-iodoindole, jeung (D) ligan 5-iodoindole kana situs aktif GluCL. Protéin digambarkeun ku pita, sarta beungkeut hidrogén tulang tonggong ditémbongkeun salaku garis titik konéng. (A′), (B′), (C′), jeung (D′) némbongkeun interaksi ligan nu pakait jeung résidu asam amino sabudeureunana, sarta beungkeut hidrogén ranté samping dituduhkeun ku panah dotted pink.
Ékspérimén dilaksanakeun pikeun ngévaluasi pangaruh toksik 5-iodoindole dina pengecambahan siki kol sareng lobak. 5-iodoindole (0,05 atawa 0,1 mM) atawa avermectin (10 μg/mL) miboga saeutik atawa euweuh pangaruh dina pengecambahan awal jeung mecenghulna plantlet (Gambar 7). Salaku tambahan, henteu aya bédana anu signifikan antara laju pengecambahan kontrol anu henteu dirawat sareng siki anu dirawat kalayan 5-iodoindole atanapi avermectin. Pangaruh kana pemanjangan akar tunggang sareng jumlah akar gurat anu kabentuk henteu signifikan, sanaos 1 mM (10 kali konsentrasi aktifna) 5-iodoindole rada ngalambatkeun pangembangan akar gurat. Hasil ieu nunjukkeun yén 5-iodoindole henteu toksik pikeun sél tutuwuhan sareng henteu ngaganggu prosés pangembangan pepelakan dina konsentrasi anu ditaliti.
Pangaruh 5-iodoindole dina pengecambahan siki. Pengecambahan, bertunas sareng akar gurat siki B. oleracea sareng R. raphanistrum dina medium agar Murashige sareng Skoog nganggo atanapi tanpa avermectin atanapi 5-iodoindole. Pengecambahan kacatet saatos 3 dinten inkubasi dina 22 ° C.
Ulikan ieu ngalaporkeun sababaraha kasus pembunuhan nematoda ku indoles. Anu penting, ieu laporan munggaran ngeunaan iodoindole inducing methylation (prosés anu disababkeun ku akumulasi vakuola leutik anu laun-laun ngahiji jadi vakuola raksasa, antukna ngarah kana beubeulahan mémbran jeung maot) dina jarum pinus, kalawan iodoindole némbongkeun sipat nematicidal signifikan sarupa jeung nematisida komérsial avermectin.
Indoles saméméhna dilaporkeun ngalaksanakeun sababaraha fungsi sinyal dina prokariot jeung eukariota, kaasup inhibisi / formasi biofilm, survival baktéri, sarta pathogenicity19,32,33,34. Anyar-anyar ieu, épék terapi poténsial indole halogénasi, alkaloid indole, sareng turunan indole semisintétik parantos narik minat panalungtikan anu éksténsif35,36,37. Contona, indole halogénasi geus ditémbongkeun maéhan Escherichia coli permanén jeung Staphylococcus aureus sél37. Sajaba ti éta, minat ilmiah pikeun nalungtik efficacy indole halogénated ngalawan spésiés séjén, genera, jeung karajaan, sarta ulikan ieu mangrupa lengkah pikeun ngahontal tujuan ieu.
Di dieu, urang ngajukeun mékanisme pikeun 5-iodoindole-ngainduksi lethality di C. elegans dumasar kana tatu sél malik (RCI) jeung methylation (Angka 4C jeung 5). Parobahan Edematous kayaning puffiness na degeneration vacuolar mangrupakeun indikator RCI na methylation, manifested salaku vacuoles raksasa dina sitoplasma48,49. RCI ngaganggu produksi énérgi ku cara ngirangan produksi ATP, nyababkeun gagalna pompa ATPase, atanapi ngaganggu mémbran sél sareng nyababkeun panyaluran gancang Na +, Ca2 +, sareng cai50,51,52. Vakuola intracytoplasmic timbul dina sél sato salaku hasil akumulasi cairan dina sitoplasma alatan asupna Ca2+ jeung cai53. Narikna, mékanisme karuksakan sél ieu bisa dibalikkeun lamun karuksakan téh samentara sarta sél mimiti ngahasilkeun ATP pikeun kurun waktu nu tangtu, tapi lamun karuksakan persists atanapi worsens, sél maot.54 Observasi kami némbongkeun yén nematodes dirawat kalayan 5-iodoindole teu bisa mulangkeun biosintésis normal sanggeus paparan kaayaan stress.
Fenotipe métilasi anu diinduksi ku 5-iodoindole dina B. xylophilus tiasa disababkeun ku ayana iodin sareng distribusi molekularna, sabab 7-iodoindole ngagaduhan pangaruh ngahambat dina B. xylophilus tibatan 5-iodoindole (Tabel 1 sareng Gambar Tambahan S6). Hasil ieu sawaréh konsisten sareng studi Maltese et al. (2014), anu ngalaporkeun yén translokasi gugus nitrogén piridil dina indole tina para- ka meta-posisi ngaleungitkeun vakuolisasi, inhibisi pertumbuhan, sareng sitotoksisitas dina sél U251, nunjukkeun yén interaksi molekul sareng situs aktif khusus dina protéin kritis27,44,45. Interaksi antara indole atanapi halogénated indole sareng reséptor GluCL anu dititénan dina ulikan ieu ogé ngadukung anggapan ieu, sabab 5- sareng 2-iodoindole kapanggih ngabeungkeut reséptor GluCL langkung kuat tibatan indole sanés anu ditaliti (Gambar 6 sareng Gambar Tambahan S8). Iodin dina posisi kadua atawa kalima indole kapanggih ngabeungkeut leucine 218 tina reséptor GluCL ngaliwatan beungkeut hidrogén tulang tonggong, sedengkeun indole halogénated sejen tur indole sorangan ngabentuk beungkeut hidrogén ranté samping lemah sareng serine 260 (Gambar 6). Ku kituna urang speculate yén lokalisasi tina halogén muterkeun hiji peran penting dina induksi degeneration vacuolar, sedengkeun beungkeutan ketat 5-iodoindole ngajaga saluran ion kabuka, sahingga sahingga gancang panyaluran cairan sarta beubeulahan vakuola. Sanajan kitu, mékanisme detil tina aksi 5-iodoindole tetep kudu ditangtukeun.
Sateuacan aplikasi praktis 5-iodoindole, pangaruh toksik na dina pepelakan kedah dianalisis. Percobaan pengecambahan siki urang némbongkeun yén 5-iodoindole teu miboga éfék négatif dina pengecambahan siki atawa prosés ngembangkeun saterusna dina konsentrasi ditalungtik (Gambar 7). Ku kituna, ulikan ieu nyadiakeun dasar pikeun pamakéan 5-iodoindole di lingkungan ékologis ngadalikeun harmfulness tina nematodes pinus kana tangkal pinus.
Laporan saméméhna geus nunjukkeun yén terapi basis indole ngagambarkeun pendekatan poténsial pikeun alamat masalah résistansi antibiotik jeung progression kanker55. Salaku tambahan, indole gaduh kagiatan antibakteri, antikanker, antioksidan, anti radang, antidiabetik, antivirus, antiproliferatif sareng antituberkulosis sareng tiasa janten dasar anu ngajangjikeun pikeun pangembangan obat56,57. Ulikan ieu nunjukkeun pikeun kahiji kalina poténsi pamakéan iodin salaku agén antiparasitic jeung anthelmintic.
Avermectin kapanggih tilu dasawarsa ka tukang sarta meunang Hadiah Nobel taun 2015, sarta pamakéanana salaku anthelmintic masih aktip lumangsung. Sanajan kitu, alatan ngembangkeun gancang lalawanan ka avermectins dina nematodes jeung hama serangga, alternatif, béaya rendah, jeung strategi ramah lingkungan diperlukeun pikeun ngadalikeun inféksi PWN dina tangkal pinus. Ulikan ieu ogé ngalaporkeun mékanisme ku nu 5-iodoindole maéhan nematoda pinus sarta yén 5-iodoindole boga karacunan low kana sél tutuwuhan, nu muka nepi prospek alus pikeun aplikasi komérsial kahareup na.
Sadaya percobaan disatujuan ku Komite Etika Universitas Yeungnam, Gyeongsan, Korea, sareng metodena dilaksanakeun saluyu sareng pedoman Panitia Etika Universitas Yeungnam.
Percobaan inkubasi endog dilakukeun ngagunakeun prosedur anu ditetepkeun43. Pikeun meunteun tingkat penetasan (HR), nematoda sawawa umur 1 dinten (kira-kira 100 bikang sareng 100 lalaki) dialihkeun kana piring Petri anu ngandung jamur sareng diidinan tumuwuh salami 24 jam. Endog teras diisolasi sareng dirawat kalayan 5-iodoindole (0,05 mM sareng 0,1 mM) atanapi avermectin (10 μg / ml) salaku suspénsi dina cai sulingan steril. Suspensi ieu (500 μl; kira-kira 100 endog) dialihkeun ka sumur tina piring kultur jaringan 24 sumur sareng diinkubasi dina suhu 22 °C. Jumlah L2 dilakukeun saatos 24 jam inkubasi tapi dianggap maot upami sél henteu gerak nalika dirangsang ku kawat platinum anu saé. Ieu ékspérimén dilaksanakeun dina dua tahap, masing-masing mibanda genep pangulangan. Data tina duanana percobaan anu digabungkeun jeung dibere. Persentase HR diitung kieu:
Mortalitas larva ditaksir nganggo prosedur anu dikembangkeun sateuacana. Endog nematoda dikumpulkeun sarta embrio disingkronkeun ku cara menetas dina cai sulingan steril pikeun ngahasilkeun larva tahap L2. Larva anu disingkronkeun (kira-kira 500 nematoda) dirawat kalayan 5-iodoindole (0,05 mM sareng 0,1 mM) atanapi avermectin (10 μg / ml) sareng digedékeun dina piring B. cinerea Petri. Saatos 48 jam inkubasi dina 22 ° C, nematoda dikumpulkeun dina cai sulingan steril sareng ditaliti pikeun ayana tahap L2, L3, sareng L4. Ayana tahap L3 jeung L4 nunjukkeun transformasi larva, sedengkeun ayana tahap L2 nunjukkeun euweuh transformasi. Gambar dicandak nganggo iRiS™ Digital Cell Imaging System. Ieu ékspérimén dilaksanakeun dina dua tahap, masing-masing mibanda genep pangulangan. Data tina duanana percobaan anu digabungkeun jeung dibere.
Toksisitas 5-iodoindole sareng avermectin kana siki ditaksir nganggo uji pengecambahan dina piring agar Murashige sareng Skoog. 62 B. oleracea sareng R. raphanistrum siki munggaran direndam dina cai suling steril salami sadinten, dikumbah nganggo 1 ml 100% étanol, disterilisasi ku 1 ml natrium klorit 50% komersil. mnt, sarta dikumbah lima kali kalawan 1 ml cai steril. Bibit anu disterilisasi teras dipencet kana piring agar pengecambahan anu ngandung 0,86 g/l (0,2X) medium Murashige sareng Skoog sareng 0,7% agar bakteriologis nganggo atanapi tanpa 5-iodoindole atanapi avermectin. Piring teras diinkubasi dina 22 ° C, sareng gambar dicandak saatos 3 dinten inkubasi. Ieu ékspérimén dilaksanakeun dina dua tahap, nu masing-masing miboga genep pangulangan.
waktos pos: Feb-26-2025