Nematod Pine a se yon endoparazit migratè karantèn yo konnen ki lakòz gwo pèt ekonomik nan ekosistèm forè Pine. Etid la kounye a revize aktivite nematisid nan endol alojene kont nematod Pine ak mekanis aksyon yo. Aktivite nematicid 5-iodoindole ak avermectin (kontwòl pozitif) kont nematod Pine yo te menm jan ak segondè nan konsantrasyon ki ba (10 μg / mL). 5-yodoindole redwi fekondite, aktivite repwodiktif, mòtalite anbriyon ak lav, ak konpòtman locomoteur. Entèaksyon molekilè ligand yo ak reseptè chanèl klori glutamate-gated envètebre yo sipòte nosyon ke 5-yodoindole, tankou avermectin, mare byen sere nan sit aktif reseptè a. 5-Iodoindole tou pwovoke divès kalite deformation fenotip nan nematod, ki gen ladan efondreman ògàn nòmal / kontraksyon ak ogmante vakuolizasyon. Rezilta sa yo sijere ke vakuol ka jwe yon wòl nan nematod methylation-medyatè lanmò. Sa ki enpòtan, 5-yodoindole pa te toksik nan tou de espès plant (chou ak radi). Kidonk, etid sa a demontre ke aplikasyon iodoindol nan kondisyon anviwonmantal ka kontwole blese pine wilt.
Nematod bwa Pine (Bursaphelenchus xylophilus) fè pati nematod bwa Pine (PWN), nematod endoparazit migratè yo konnen ki lakòz gwo domaj ekolojik nan ekosistèm forè Pine1. Pine Wilt Maladi (PWD) ki te koze pa nematod bwa Pine a ap vin tounen yon pwoblèm grav sou plizyè kontinan, ki gen ladan Azi ak Ewòp, ak nan Amerik di Nò, nematod la detwi espès Pine prezante1,2. N bès pye bwa Pine se yon gwo pwoblèm ekonomik, ak pwospè pwopagasyon mondyal li se mangonmen3. Nematod la pi souvan atake espès pin sa yo: Pinus densiflora, Pinus sylvestris, Pinus thunbergii, Pinus koraiensis, Pinus thunbergii, Pinus thunbergii, ak Pinus radiata4. Nematod Pine se yon maladi grav ki ka touye pye bwa Pine nan kèk semèn oswa mwa apre enfeksyon. Anplis de sa, epidemi nematod Pine yo komen nan yon varyete ekosistèm, kidonk chenn enfeksyon ki pèsistan yo te etabli1.
Bursaphelenchus xylophilus se yon nematod plant-parazit karantèn ki fè pati superfanmi Aphelenchoidea ak clade 102.5. Nematod la manje sou fongis ak repwodui nan tisi bwa yo nan pye pen, devlope nan kat etap lav diferan: L1, L2, L3, L4 ak yon moun granmoun1,6. Nan kondisyon mank manje, nematod Pine a pase nan yon etap lav espesyalize - dauer, ki parazit vektè li yo - skarabe jape Pine (Monochamus alternatus) epi li transfere nan pye bwa Pine ki an sante. Nan gen tout pouvwa a ki an sante, nematod byen vit imigre nan tisi plant yo epi yo manje sou selil parenchymatous, ki mennen nan yon kantite reyaksyon ipèrsansibilite, pine fennen ak lanmò nan yon ane apre enfeksyon1,7,8.
Kontwòl byolojik nan nematod Pine depi lontan te yon defi, ak mezi karantèn ki soti nan 20yèm syèk la. Estrateji aktyèl yo pou kontwole nematod Pine yo enplike prensipalman tretman chimik, ki gen ladan fumigasyon bwa ak enplantasyon nematisid nan tronk pyebwa. Nematisid ki pi souvan itilize yo se avermectin ak benzoate avermectin, ki fè pati fanmi avermectin. Pwodui chimik chè sa yo trè efikas kont anpil espès nematod epi yo konsidere yo an sekirite pou anviwònman an9. Sepandan, itilize repete nan nematisid sa yo espere kreye presyon seleksyon ki pral prèske sètènman mennen nan Aparisyon nan nematod Pine rezistan, jan sa te demontre pou plizyè ensèk nuizib, tankou Leptinotarsa decemlineata, Plutella xylostella ak nematod yo Trichostrongylus colubylus ak Ostertagia circumcincta, ki te gradyèlman devlope rezistans nan circumcincta. Se poutèt sa, modèl rezistans yo bezwen regilyèman etidye ak nematisid tès depistaj kontinyèlman jwenn mezi altènatif, pri-efikas ak zanmitay anviwònman an pou kontwole PVD. Nan deseni ki sot pase yo, yon kantite otè te pwopoze itilizasyon ekstrè plant, lwil esansyèl ak volatil kòm ajan kontwòl nematod13,14,15,16.
Nou fèk demontre aktivite nematisid indol, yon molekil siyal entèselilè ak interkingdom, nan Caenorhabditis elegans 17 . Indol se yon siyal entraselilè toupatou nan ekoloji mikwòb, kontwole anpil fonksyon ki afekte fizyoloji mikwòb, fòmasyon spor, estabilite plasmid, rezistans dwòg, fòmasyon biofilm, ak virulans 18, 19. Aktivite indol ak dérivés li yo kont lòt nematod patojèn pa te etidye. Nan etid sa a, nou te mennen ankèt sou aktivite nematisid 34 indol kont nematod Pine epi nou te elisid mekanis aksyon 5-yodoindole ki pi pisan lè l sèvi avèk mikwoskòp, fotografi tan-la, ak eksperyans molekilè debakadè, epi evalye efè toksik li yo sou plant lè l sèvi avèk yon tès jèminasyon grenn.
Yo te deja rapòte gwo konsantrasyon (>1.0 mM) nan endol gen yon efè nematisid sou nematod17. Apre tretman B. xylophilus (etap lavi melanje) ak indol oswa 33 diferan dérivés indol nan 1 mM, mòtalite B. xylophilus te mezire pa konte nematod vivan ak mouri nan gwoup kontwòl ak trete yo. Senk indoles te montre siyifikatif aktivite nematicid; siviv gwoup kontwòl ki pa trete a te 95 ± 7% apre 24 èdtan. Nan 34 indol yo teste, 5-iodoindole ak 4-fluoroindole nan 1 mM te lakòz 100% mòtalite, tandiske 5,6-difluoroindigo, methylindole-7-carboxylate, ak 7-iodoindole te lakòz apeprè 50% mòtalite (Tablo 1).
Efè 5-yodoindol sou fòmasyon vakuol ak metabolis nan nematod bwa Pine. (A) Efè avermectin ak 5-iodoindole sou nematod gason adilt, (B) ze nematod etap L1 ak (C) metabolis B. xylophilus, (i) vacuoles pa te obsève nan 0 h, tretman an te lakòz (ii) vacuoles, (iii) akimilasyon miltip vacuoles, (iv) fusion vacuoleswell, (iv) (vi) fòmasyon vakuol jeyan. Flèch wouj yo endike anfle nan vakuol, flèch ble yo endike fizyon vakuol ak flèch nwa yo endike vakuol jeyan. Ba echèl = 50 μm.
Anplis de sa, etid sa a tou dekri pwosesis la sekans nan metan-induit lanmò nan nematod Pine (Figi 4C). Lanmò metanojenik se yon kalite lanmò selil ki pa apoptotik ki asosye ak akimilasyon vakuol sitoplasmik enpòtan27. Defo mòfolojik yo obsève nan nematod Pine yo parèt byen ki gen rapò ak mekanis lanmò metan-induit. Egzamen mikwoskopik nan diferan moman te montre ke vakuol jeyan yo te fòme apre 20 èdtan nan ekspoze a 5-yodoindole (0.1 mM). Vacuoles mikwoskopik yo te obsève apre 8 èdtan nan tretman, ak nimewo yo ogmante apre 12 èdtan. Plizyè gwo vakuol yo te obsève apre 14 èdtan. Plizyè vakuol fusion te vizib klèman apre 12-16 èdtan nan tretman an, ki endike ke fizyon vakuol se baz mekanis lanmò metanogenic la. Apre 20 èdtan, plizyè vakuol jeyan yo te jwenn nan tout vè k'ap manje kadav la. Obsèvasyon sa yo reprezante premye rapò metyoz nan C. elegans.
Nan vè 5-iodoindole-trete yo, yo te obsève rasanbleman vakuol ak rupture tou (figi 5), jan sa pwouve pa koube vè k'ap manje kadav ak lage vakuol nan anviwònman an. Yo te obsève dezòd vakuol tou nan manbràn kal ze a, ki nòmalman konsève entak pa L2 pandan kouve (figi siplemantè S2). Obsèvasyon sa yo sipòte patisipasyon nan akimilasyon likid ak echèk osmoregulatory, osi byen ke aksidan selil revèsib (RCI), nan pwosesis la nan fòmasyon vacuole ak suppuration (Fig. 5).
Ipotèz wòl yòd nan fòmasyon vakuol obsève, nou te envestige aktivite nematicid nan yòd sodyòm (NaI) ak yòd potasyòm (KI). Sepandan, nan konsantrasyon (0.1, 0.5 oswa 1 mM), yo pa afekte swa siviv nematod oswa fòmasyon vakuol (Siplemantè Fig. S5), byenke 1 mM KI te gen yon ti efè nematisid. Nan lòt men an, 7-iodoindole (1 oswa 2 mM), tankou 5-iodoindole, pwovoke vakuol miltip ak deformation estriktirèl (Siplemantè Fig. S6). De iodoindol yo te montre menm karakteristik fenotip nan nematod Pine, tandiske NaI ak KI pa t '. Enteresan, indol pa t 'pwovoke fòmasyon vakuol nan B. xylophilus nan konsantrasyon yo teste (done yo pa montre). Kidonk, rezilta yo konfime ke konplèks indol-yod la responsab pou vakuolizasyon ak metabolis B. xylophilus.
Pami indol yo teste pou aktivite nematicid, 5-iodoindole te gen pi gwo endèks glise nan -5.89 kcal / mol, ki te swiv pa 7-iodoindole (-4.48 kcal / mol), 4-fluoroindole (-4.33), ak indol (-4.03) (Figi 6). Bonjan lyezon idwojèn zo rèl do 5-yodoindole a leucine 218 estabilize lyezon li yo, tandiske tout lòt dérivés endol mare nan serin 260 atravè lyezon idwojèn chèn bò. Pami lòt iodoindol modle, 2-iodoindole gen yon valè obligatwa -5.248 kcal / mol, ki se akòz kosyon idwojèn prensipal li yo ak leucine 218. Lòt li te ye gen ladan 3-iodoindole (-4.3 kcal / mol), 4-iodoindole (-4.0 kcal / mol) , ak 6 kcal / mol. (Figi siplemantè S8). Pifò alojene indol ak indol tèt li, ak eksepsyon de 5-iodoindole ak 2-iodoindole, fòme yon kosyon ak serin 260. Lefèt ke lyezon idwojèn ak leucine 218 se indicative de efikas reseptè-ligan obligatwa, jan yo obsève pou ivermectin (Siplemantè Fig. ivermectin, mare byen sere nan sit la aktif nan reseptè a GluCL atravè leucine 218 (figi 6 ak Figi siplemantè S8). Nou pwopoze ke obligatwa sa a oblije kenbe estrikti pò yo louvri nan konplèks GluCL la ak ke pa byen sere obligatwa nan sit la aktif nan reseptè a GluCL, 5-iodoindole, 2-yodoindole, avermectin ak ivermectin konsa kenbe kanal la ion louvri epi pèmèt absorption likid.
Docking molekilè nan endol ak alojene indol nan GluCL. Oryantasyon obligatwa nan (A) indol, (B) 4-fluoroindol, (C) 7-yodoindole, ak (D) ligand 5-yodoindole nan sit la aktif nan GluCL. Pwoteyin nan reprezante pa yon riban, epi lyezon idwojèn nan zo rèl yo montre kòm liy pwentiye jòn. (A′), (B′), (C′), ak (D′) montre entèraksyon ligand ki koresponn yo ak résidus asid amine ki antoure yo, epi lyezon idwojèn bò chèn yo endike pa flèch woz pwentiye yo.
Eksperyans yo te fèt pou evalye efè toksik 5-yodoindol sou jèminasyon grenn chou ak radi. 5-yodoindol (0.05 oswa 0.1 mM) oswa avermectin (10 μg/mL) te gen ti efè oswa pa gen okenn efè sou premye jèminasyon ak aparisyon plantlet (Figi 7). Anplis de sa, pa gen okenn diferans enpòtan yo te jwenn ant to jèminasyon nan kontwòl ki pa trete ak grenn trete ak 5-iodoindole oswa avermectin. Efè a sou elongasyon taproot ak kantite rasin lateral ki te fòme te ensiyifyan, byenke 1 mM (10 fwa konsantrasyon aktif li) nan 5-iodoindole yon ti kras retade devlopman nan rasin lateral. Rezilta sa yo endike ke 5-yodoindole pa toksik nan selil plant yo epi li pa entèfere ak pwosesis devlopman plant nan konsantrasyon yo etidye.
Efè 5-yodoindol sou jèminasyon grenn. Jèminasyon, pouse ak rasin lateral B. oleracea ak R. raphanistrum grenn sou Murashige ak Skoog agar mwayen ak oswa san avermectin oswa 5-iodoindole. Jèminasyon te anrejistre apre 3 jou nan enkubasyon nan 22 ° C.
Etid sa a rapòte plizyè ka touye nematod pa endol. Sa ki enpòtan, sa a se premye rapò sou iodoindole pwovoke methylation (yon pwosesis ki te koze pa akimilasyon nan ti vakuoles ki piti piti rantre nan vakuol jeyan, evantyèlman ki mennen ale nan rupture manbràn ak lanmò) nan zegwi Pine, ak iodoindol montre siyifikatif nematicidal pwopriyete ki sanble ak sa yo ki nan nematicid komèsyal avermectin.
Indoles te deja rapòte ke yo egzèse fonksyon siyal miltip nan prokaryot ak ekaryot, ki gen ladan anpèchman / fòmasyon biofilm, siviv bakteri, ak patojèn19,32,33,34. Dènyèman, efè potansyèl terapetik endol alojene, alkaloid endol, ak dérivés semisentetik endol te atire anpil rechèch enterè35,36,37. Pou egzanp, endol alojene yo te montre yo touye Escherichia coli ki pèsistan ak Staphylococcus aureus selil37. Anplis de sa, li se nan enterè syantifik yo etidye efikasite nan endol alojene kont lòt espès, jenera, ak wayòm, ak etid sa a se yon etap nan direksyon pou reyalize objektif sa a.
Isit la, nou pwopoze yon mekanis pou letalite 5-iodoindole-induit nan C. elegans ki baze sou aksidan selil revèsib (RCI) ak methylation (Figi 4C ak 5). Chanjman edematez tankou gonfleman ak koripsyon vakuol se endikatè RCI ak methylation, ki manifeste kòm vakuol jeyan nan sitoplasm la48,49. RCI entèfere ak pwodiksyon enèji nan diminye pwodiksyon ATP, sa ki lakòz echèk nan ponp ATPaz la, oswa deranje manbràn selilè ak lakòz yon foul rapid nan Na+, Ca2+, ak dlo50,51,52. Vakuol intracytoplasmic leve nan selil bèt kòm yon rezilta nan akimilasyon likid nan sitoplasm nan akòz foul la nan Ca2 + ak dlo53. Enteresan, mekanis sa a nan domaj selil yo revèsib si domaj la se tanporè epi selil yo kòmanse pwodui ATP pou yon sèten peryòd tan, men si domaj la pèsiste oswa vin pi mal, selil yo mouri.54 Obsèvasyon nou yo montre ke nematod trete ak 5-yodoindole yo pa kapab retabli byosentèz nòmal apre yo fin ekspoze a kondisyon estrès.
Fenotip methylation pwovoke pa 5-iodoindole nan B. xylophilus ka akòz prezans nan yòd ak distribisyon molekilè li yo, depi 7-iodoindole te gen mwens efè inhibition sou B. xylophilus pase 5-iodoindole (Tablo 1 ak Figi siplemantè S6). Rezilta sa yo pasyèlman konsistan avèk etid Maltese et al. (2014), ki te rapòte ke translokasyon nan pyridyl nitwojèn nan endol soti nan para- a meta-pozisyon aboli vacuolization, anpèchman kwasans, ak sitotoksisite nan selil U251, sijere ke entèraksyon an nan molekil la ak yon sit espesifik aktif nan pwoteyin nan se kritik27,44,45. Entèraksyon ant indol oswa alojene indol ak reseptè GluCL yo obsève nan etid sa a tou sipòte nosyon sa a, kòm 5- ak 2-iodoindole yo te jwenn yo mare nan reseptè GluCL pi fò pase lòt indol yo egzamine (Figi 6 ak Figi siplemantè S8). Yo te jwenn yòd la nan dezyèm oswa senkyèm pozisyon endol la mare nan leucine 218 nan reseptè GluCL la atravè lyezon idwojèn zo rèl, tandiske lòt endol alojene ak endol tèt li fòme lyezon idwojèn fèb bò chèn ak serin 260 (Figi 6). Se poutèt sa, nou espekile ke lokalizasyon alojene a jwe yon wòl enpòtan nan endiksyon nan koripsyon vakuol, tandiske sere obligatwa nan 5-yodoindole kenbe kanal la ion ouvè, kidonk pèmèt foul likid rapid ak rupture vacuole. Sepandan, mekanis detaye nan aksyon 5-yodoindole rete yo dwe detèmine.
Anvan aplikasyon pratik nan 5-iodoindole, yo ta dwe analize efè toksik li sou plant yo. Eksperyans jèminasyon grenn nou yo te montre ke 5-yodoindole pa te gen okenn efè negatif sou jèminasyon grenn oswa pwosesis devlopman ki vin apre nan konsantrasyon yo etidye (Figi 7). Kidonk, etid sa a bay yon baz pou itilize 5-yodoindol nan anviwònman ekolojik la pou kontwole malfezans nan nematod Pine nan pye pen.
Rapò anvan yo te demontre ke terapi ki baze sou indol reprezante yon apwòch potansyèl pou adrese pwoblèm rezistans antibyotik ak pwogresyon kansè55. Anplis de sa, indol posede aktivite anti-bakteri, antikansè, antioksidan, anti-enflamatwa, antidyabetik, antiviral, antiproliferatif ak antitibèkiloz epi yo ka sèvi kòm yon baz pwomèt pou devlopman dwòg56,57. Etid sa a sijere pou premye fwa itilizasyon potansyèl de yòd kòm yon ajan antiparazit ak anthelmintic.
Avermectin te dekouvri twa deseni de sa e li te genyen Pri Nobèl la nan 2015, epi itilizasyon li kòm yon anthelmintic toujou aktivman kontinyèl. Sepandan, akòz devlopman rapid nan rezistans nan avermectins nan nematod ak ensèk nuizib, yon estrateji altènatif, pri ki ba, ak zanmitay anviwònman an nesesè pou kontwole enfeksyon PWN nan pye pen. Etid sa a rapòte tou mekanis ki 5-yodoindole touye nematod Pine ak ke 5-yodoindole gen toksisite ki ba nan selil plant yo, ki ouvè bon kandida pou aplikasyon komèsyal lavni li yo.
Tout eksperyans yo te apwouve pa Komite Etik nan Inivèsite Yeungnam, Gyeongsan, Kore di, ak metòd yo te fèt an akò ak direktiv yo nan Komite Etik nan Inivèsite Yeungnam.
Eksperyans enkubasyon ze yo te fèt lè l sèvi avèk pwosedi etabli43. Pou evalye pousantaj kouve (HR), yo te transfere nematod adilt ki gen 1 jou (apeprè 100 fi ak 100 gason) nan plat Petri ki gen chanpiyon an epi yo te pèmèt yo grandi pou 24 èdtan. Lè sa a, ze yo te izole epi trete ak 5-iodoindole (0.05 mM ak 0.1 mM) oswa avermectin (10 μg / ml) kòm yon sispansyon nan dlo distile esteril. Sispansyon sa yo (500 μl; apeprè 100 ze) yo te transfere nan pwi yo nan yon plak kilti tisi 24-pi ak enkubasyon nan 22 °C. Konte L2 yo te fè apre 24 èdtan nan enkubasyon men yo te konsidere kòm mouri si selil yo pa deplase lè yo te ankouraje ak yon fil platinum amann. Eksperyans sa a te fèt an de etap, chak ak sis repetisyon. Done ki soti nan tou de eksperyans yo te konbine ak prezante. Pousantaj HR kalkile jan sa a:
Yo te evalye mòtalite lav lè l sèvi avèk pwosedi ki te deja devlope yo. Ze nematod yo te kolekte epi anbriyon yo te senkronize pa kouve nan dlo esteril distile pou jenere lav etap L2. Lav senkronize (apeprè 500 nematod) yo te trete ak 5-iodoindole (0.05 mM ak 0.1 mM) oswa avermectin (10 μg / ml) ak elve sou B. cinerea plak Petri. Apre 48 èdtan nan enkubasyon nan 22 ° C, nematod yo te kolekte nan dlo distile esteril ak egzamine pou prezans nan etap L2, L3, ak L4. Prezans etap L3 ak L4 te endike transfòmasyon lav, tandiske prezans etap L2 te endike pa gen okenn transfòmasyon. Imaj yo te akeri lè l sèvi avèk iRiS™ Digital Cell Imaging System la. Eksperyans sa a te fèt an de etap, chak ak sis repetisyon. Done ki soti nan tou de eksperyans yo te konbine ak prezante.
Toksisite 5-iodoindole ak avermectin nan grenn yo te evalye lè l sèvi avèk tès jèminasyon sou plak Murashige ak Skoog agar. ipoklorit) pou 15 min, epi lave senk fwa ak 1 ml dlo esteril. Lè sa a, grenn esterilize yo te peze sou plak agar jèminasyon ki gen 0.86 g / l (0.2X) Murashige ak Skoog mwayen ak 0.7% agar bakteriolojik avèk oswa san 5-iodoindole oswa avermectin. Lè sa a, plak yo te enkube nan 22 ° C, ak imaj yo te pran apre 3 jou nan enkubasyon. Eksperyans sa a te fèt an de etap, chak nan yo te gen sis repetisyon.
Lè poste: Feb-26-2025