Nematod pen an se yon andoparazit migratè karantèn ke yo konnen ki lakòz gwo pèt ekonomik nan ekosistèm forè pen yo. Etid sa a egzamine aktivite nematisid endòl alojene kont nematod pen yo ak mekanis aksyon yo. Aktivite nematisid 5-yodoindol ak avermectin (kontwòl pozitif) kont nematod pen yo te sanble e wo nan konsantrasyon ki ba (10 μg/mL). 5-yodoindol te redwi fekondite, aktivite repwodiktif, mòtalite anbriyon ak lav, ak konpòtman lokomotè. Entèraksyon molekilè ligand yo ak reseptè kanal klori glutamate espesifik pou envètebre yo sipòte nosyon ke 5-yodoindol, tankou avermectin, mare byen sere ak sit aktif reseptè a. 5-yodoindol te pwovoke tou divès defòmasyon fenotipik nan nematod yo, tankou efondreman/kontraksyon ògàn anòmal ak ogmantasyon vakyolizasyon. Rezilta sa yo sijere ke vakyòl yo ka jwe yon wòl nan lanmò ki medyatè pa metilasyon nematod. Sa ki enpòtan, 5-yodoindol la pa t toksik pou ni espès plant yo (chou ak radi). Kidonk, etid sa a demontre ke aplikasyon yodoindol nan kondisyon anviwònman an ka kontwole domaj ki koze pa fennen pye pen an.
Nematod bwa pen an (Bursaphelenchus xylophilus) fè pati nematod bwa pen yo (PWN), nematod andoparazit migratè yo konnen ki lakòz gwo domaj ekolojik nan ekosistèm forè pen yo1. Maladi flétrissement pen an (PWD) ki koze pa nematod bwa pen an ap vin tounen yon pwoblèm grav sou plizyè kontinan, tankou Azi ak Ewòp, epi nan Amerik di Nò, nematod la detwi espès pen ki entwodui yo1,2. Deklinasyon pye pen an se yon gwo pwoblèm ekonomik, epi posiblite pou li gaye atravè lemond se enkyetid3. Espès pen sa yo ki pi souvan atake pa nematod la: Pinus densiflora, Pinus sylvestris, Pinus thunbergii, Pinus koraiensis, Pinus thunbergii, Pinus thunbergii, ak Pinus radiata4. Nematod pen an se yon maladi grav ki ka touye pye pen nan kèk semèn oswa mwa apre enfeksyon an. Anplis de sa, epidemi nematod pen yo komen nan yon varyete ekosistèm, kidonk chenn enfeksyon pèsistan yo te etabli1.
Bursaphelenchus xylophilus se yon nematod parazit plant karantèn ki fè pati superfanmi Aphelenchoidea ak klad 102.5. Nematod la manje chanpiyon epi li repwodui nan tisi bwa pye pen yo, li devlope an kat diferan etap lav: L1, L2, L3, L4 ak yon moun adilt1,6. Anba kondisyon mank manje, nematod pen an pase nan yon etap lav espesyalize – dauer, ki parazite vektè li a – skarabe jape pen an (Monochamus alternatus) epi li transfere nan pye pen ki an sante. Nan lame ki an sante, nematod yo imigre rapidman nan tisi plant yo epi yo manje selil parenkimateuz, sa ki mennen nan yon seri reyaksyon ipèrsansibilite, fennen pye pen an ak lanmò nan yon ane apre enfeksyon an1,7,8.
Kontwòl byolojik nematod pen yo te yon defi depi lontan, ak mezi karantèn ki date depi 20yèm syèk la. Estrateji aktyèl pou kontwole nematod pen yo enplike prensipalman tretman chimik, tankou fumigasyon bwa ak enplantasyon nematisid nan kòf pyebwa yo. Nematisid ki pi souvan itilize yo se avermectin ak avermectin benzoate, ki fè pati fanmi avermectin lan. Pwodui chimik chè sa yo trè efikas kont anpil espès nematod epi yo konsidere kòm san danje pou anviwònman an9. Sepandan, itilizasyon repete nematisid sa yo espere kreye yon presyon seleksyon ki pral prèske sètènman mennen nan aparisyon nematod pen rezistan, jan sa te demontre pou plizyè ensèk nuizib, tankou Leptinotarsa decemlineata, Plutella xylostella ak nematod Trichostrongylus colubriformis ak Ostertagia circumcincta, ki piti piti devlope rezistans a avermectins10,11,12. Se poutèt sa, modèl rezistans yo bezwen etidye regilyèman epi nematisid yo bezwen tcheke kontinyèlman pou jwenn mezi altènatif, pri-efikas ak bon pou anviwònman an pou kontwole PVD. Nan dènye deseni 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 endòl la, yon molekil siyalizasyon entèselilè ak entèrwayòm, nan Caenorhabditis elegans 17. Endòl se yon siyal entraselilè ki gaye toupatou nan ekoloji mikwòb, ki kontwole plizyè fonksyon ki afekte fizyoloji mikwòb, fòmasyon espò, estabilite plasmid, rezistans dwòg, fòmasyon biofilm, ak virulans 18, 19. Yo pa ko etidye aktivite endòl la ak dérivés li yo kont lòt nematod patojèn yo. Nan etid sa a, nou envestige aktivite nematisid 34 endòl kont nematod pen yo epi nou klarifye mekanis aksyon 5-yodoindol ki pi puisan an lè l sèvi avèk mikwoskopi, fotografi time-lapse, ak eksperyans docking molekilè, epi nou evalye efè toksik li yo sou plant yo lè l sèvi avèk yon tès jèminasyon grenn.
Yo te deja rapòte gwo konsantrasyon (>1.0 mM) endòl ki gen yon efè nematisid sou nematod yo17. Apre tretman B. xylophilus (etap lavi melanje) ak endòl oswa 33 diferan dérivés endòl nan 1 mM, yo te mezire mòtalite B. xylophilus la lè yo te konte nematod vivan ak mouri nan gwoup kontwòl la ak gwoup trete a. Senk endòl te montre yon aktivite nematisid siyifikatif; siviv gwoup kontwòl ki pa trete a te 95 ± 7% apre 24 èdtan. Nan 34 endòl yo teste yo, 5-yodoindol ak 4-fluoroindol nan 1 mM te lakòz mòtalite 100%, tandiske 5,6-difluoroindigo, metilendol-7-karboksilat, ak 7-yodoindol te lakòz apeprè 50% mòtalite (Tablo 1).
Efè 5-yodoindòl sou fòmasyon vakyòl ak metabolis nematod bwa pen. (A) Efè avermectin ak 5-yodoindòl sou nematod mal adilt, (B) ze nematod estaj L1 ak (C) metabolis B. xylophilus, (i) pa t gen vakyòl ki te obsève a 0 èdtan, tretman an te lakòz (ii) vakyòl, (iii) akimilasyon plizyè vakyòl, (iv) anfle vakyòl yo, (v) fizyon vakyòl yo ak (vi) fòmasyon vakyòl jeyan. Flèch wouj yo endike anfle vakyòl yo, flèch ble yo endike fizyon vakyòl yo epi flèch nwa yo endike vakyòl jeyan. Ba echèl = 50 μm.
Anplis de sa, etid sa a dekri tou pwosesis sekansyèl lanmò pwovoke pa metàn nan nematod pen yo (Figi 4C). Lanmò metanojenik se yon kalite lanmò selilè ki pa apoptotik ki asosye avèk akimilasyon vakyòl sitoplasmik enpòtan27. Defo mòfolojik yo obsève nan nematod pen yo sanble gen yon relasyon sere avèk mekanis lanmò pwovoke pa metàn. Egzamen mikwoskopik nan diferan moman te montre ke vakyòl jeyan te fòme apre 20 èdtan ekspozisyon a 5-yodoindol (0.1 mM). Yo te obsève vakyòl mikwoskopik apre 8 èdtan tretman, epi kantite yo te ogmante apre 12 èdtan. Yo te obsève plizyè gwo vakyòl apre 14 èdtan. Plizyè vakyòl fizyone te vizib klèman apre 12-16 èdtan tretman, sa ki endike ke fizyon vakyòl se baz mekanis lanmò metanojenik la. Apre 20 èdtan, yo te jwenn plizyè vakyòl jeyan nan tout vè a. Obsèvasyon sa yo reprezante premye rapò sou metyoz nan C. elegans.
Nan vè trete ak 5-yodoindòl, yo te obsève tou agregasyon ak kraze vakyòl (Fig. 5), jan sa te parèt aklè pa koube vè yo ak liberasyon vakyòl nan anviwònman an. Yo te obsève tou dezòd vakyòl nan manbràn kokiy ze a, ki nòmalman konsève entak pa L2 pandan eklozyon (Fig. Siplemantè S2). Obsèvasyon sa yo sipòte patisipasyon akimilasyon likid ak echèk osmoregulatè, ansanm ak blesi selilè revèsib (RCI), nan pwosesis fòmasyon vakyòl ak sipurasyon (Fig. 5).
Nou te fè ipotèz sou wòl yòd nan fòmasyon vakyòl yo obsève a, epi nou te envestige aktivite nematisid yodid sodyòm (NaI) ak yodid potasyòm (KI). Sepandan, nan konsantrasyon (0.1, 0.5 oswa 1 mM), yo pa t afekte ni siviv nematod yo ni fòmasyon vakyòl yo (Fig. Siplemantè S5), byenke 1 mM KI te gen yon ti efè nematisid. Nan lòt men an, 7-yodoindol (1 oswa 2 mM), tankou 5-yodoindol, te pwovoke plizyè vakyòl ak defòmasyon estriktirèl (Fig. Siplemantè S6). De yyodoindol yo te montre karakteristik fenotipik menm jan an nan nematod pen yo, tandiske NaI ak KI pa t fè sa. Sa ki enteresan, endòl pa t pwovoke fòmasyon vakyòl nan B. xylophilus nan konsantrasyon yo teste yo (done yo pa montre). Kidonk, rezilta yo te konfime ke konplèks endòl-yòd la responsab pou vakyòlizasyon ak metabolis B. xylophilus.
Pami indòl yo teste pou aktivite nematisid, 5-yodoindol te gen pi gwo endèks glisman an -5.89 kcal/mol, ki te swiv pa 7-yodoindol (-4.48 kcal/mol), 4-fluoroindol (-4.33), ak indòl (-4.03) (Figi 6). Lyezon idwojèn fò 5-yodoindol la ak lesin 218 la estabilize lyezon li, alòske tout lòt dérivés indòl yo mare ak serin 260 atravè lyezon idwojèn chèn lateral. Pami lòt iyodoindol modle yo, 2-iodoindol gen yon valè lyezon -5.248 kcal/mol, ki se akòz prensipal lyezon idwojèn li ak lesin 218. Lòt lyezon li te ye yo enkli 3-iodoindol (-4.3 kcal/mol), 4-iodoindol (-4.0 kcal/mol), ak 6-fluoroindol (-2.6 kcal/mol) (Figi Siplemantè S8). Pifò indòl alojene yo ak indòl li menm, eksepte 5-yodoindol ak 2-yodoindol, fòme yon lyezon ak serin 260. Lefèt ke lyezon idwojèn ak lesin 218 endike yon lyezon efikas reseptè-ligand, jan yo obsève li pou ivermectin (Fig. Siplemantè S7), konfime ke 5-yodoindol ak 2-yodoindol, tankou ivermectin, mare byen sere ak sit aktif reseptè GluCL la atravè lesin 218 (Fig. 6 ak Fig. Siplemantè S8). Nou pwopoze ke lyezon sa a nesesè pou kenbe estrikti pò ouvè konplèks GluCL la epi ke lè yo mare byen sere ak sit aktif reseptè GluCL la, 5-yodoindol, 2-yodoindol, avermectin ak ivermectin kenbe kanal iyon an ouvè epi pèmèt absòpsyon likid.
Akoplaj molekilè indòl ak indòl alojene ak GluCL. Oryantasyon lyezon ligand (A) indòl, (B) 4-fluoroindòl, (C) 7-yodoindòl, ak (D) 5-yodoindòl ak sit aktif GluCL la. Pwoteyin nan reprezante pa yon riban, epi lyezon idwojèn baz yo montre kòm liy pwen jòn. (A′), (B′), (C′), ak (D′) montre entèraksyon ligand korespondan yo ak rezidi asid amine ki antoure yo, epi lyezon idwojèn chèn lateral yo endike pa flèch pwen woz.
Yo te fè eksperyans 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 kras oswa pa gen okenn efè sou jèminasyon inisyal ak aparisyon plantules (Figi 7). Anplis de sa, yo pa jwenn okenn diferans enpòtan ant to jèminasyon temwen ki pa trete yo ak grenn ki trete ak 5-yodoindol oswa avermectin. Efè sou elongasyon rasin prensipal la ak kantite rasin lateral ki te fòme a te ensiyifyan, byenke 1 mM (10 fwa konsantrasyon aktif li) nan 5-yodoindol te retade yon ti kras devlopman rasin lateral yo. Rezilta sa yo endike ke 5-yodoindol pa toksik pou selil plant yo epi li pa entèfere ak pwosesis devlopman plant yo nan konsantrasyon yo te etidye yo.
Efè 5-yodoindol sou jèminasyon grenn. Jèminasyon, jèminasyon ak rasin lateral grenn B. oleracea ak R. raphanistrum sou medyòm agar Murashige ak Skoog avèk oswa san avermectin oswa 5-yodoindol. Yo te anrejistre jèminasyon an apre 3 jou enkubasyon a 22°C.
Etid sa a rapòte plizyè ka kote endòl touye nematod. Sa ki enpòtan, sa a se premye rapò sou metilasyon ki pwovoke pa iyodoindòl (yon pwosesis ki koze pa akimilasyon ti vakyòl ki piti piti rantre nan vakyòl jeyan, ki evantyèlman mennen nan kraze manbràn ak lanmò) nan zegwi pen, avèk iyodoindòl ki montre pwopriyete nematisid siyifikatif menm jan ak sa yo ki nan avermectin nematisid komèsyal la.
Yo te deja rapòte ke endol yo egzèse plizyè fonksyon siyalizasyon nan prokaryot ak eukaryot, tankou anpèchman/fòmasyon biofilm, siviv bakteri, ak patojenikite19,32,33,34. Dènyèman, efè terapetik potansyèl endol alojene, alkaloid endol, ak dérivés endol semisentetik yo te atire anpil enterè rechèch35,36,37. Pa egzanp, yo te montre ke endol alojene yo touye selil Escherichia coli ak Staphylococcus aureus ki pèsistan37. Anplis de sa, li enterese syantifikman pou etidye efikasite endol alojene kont lòt espès, fanmi, ak wayòm, epi etid sa a se yon etap nan direksyon pou atenn objektif sa a.
La a, nou pwopoze yon mekanis pou letalite pwovoke pa 5-yodoindol nan C. elegans ki baze sou blesi selilè revèsib (RCI) ak metilasyon (Figi 4C ak 5). Chanjman edematoz tankou anfleman ak dejenerasyon vakyolè se endikatè RCI ak metilasyon, ki manifeste kòm vakyòl jeyan nan sitoplasm lan48,49. RCI entèfere ak pwodiksyon enèji lè li diminye pwodiksyon ATP, sa ki lakòz echèk ponp ATPaz la, oswa li deranje manbràn selilè yo epi sa ki lakòz yon afli rapid Na+, Ca2+, ak dlo50,51,52. Vakyòl entrasitoplasmik yo leve nan selil bèt yo kòm rezilta akimilasyon likid nan sitoplasm lan akòz afli Ca2+ ak dlo53. Sa ki enteresan, mekanis domaj selilè sa a revèsib si domaj la tanporè epi selil yo kòmanse pwodui ATP pandan yon sèten peryòd tan, men si domaj la pèsiste oswa vin pi mal, selil yo mouri.54 Obsèvasyon nou yo montre ke nematod ki trete ak 5-yodoindol yo pa kapab retabli byosentèz nòmal apre ekspozisyon a kondisyon estrès.
Fenotip metilasyon ki pwovoke pa 5-yodoindol nan B. xylophilus la ka akòz prezans yòd ak distribisyon molekilè li, piske 7-yodoindol te gen mwens efè inibitwa sou B. xylophilus pase 5-yodoindol (Tablo 1 ak Figi Siplemantè S6). Rezilta sa yo pasyèlman konsistan avèk etid Maltese et al. (2014), ki te rapòte ke translokasyon pati nitwojèn piridil nan endol soti nan pozisyon para rive nan pozisyon meta te aboli vakyolizasyon, inibisyon kwasans, ak sitotoksisite nan selil U251 yo, sa ki sijere ke entèraksyon molekil la ak yon sit aktif espesifik nan pwoteyin nan enpòtan anpil27,44,45. Entèraksyon ki obsève ant endol oswa indol alojene ak reseptè GluCL yo tou sipòte nosyon sa a, paske yo te jwenn ke 5- ak 2-yodoindol mare ak reseptè GluCL yo pi fò pase lòt indol yo te egzamine (Figi 6 ak Figi Siplemantè S8). Yo te jwenn yòd ki nan dezyèm oswa senkyèm pozisyon indòl la mare ak lesin 218 nan reseptè GluCL la atravè lyezon idwojèn prensipal yo, alòske lòt indòl alojene ak indòl li menm fòme lyezon idwojèn chèn lateral fèb ak serin 260 (Figi 6). Se poutèt sa nou espekile ke lokalizasyon alojèn nan jwe yon wòl enpòtan nan endiksyon dejenerasyon vakyòl la, alòske lyezon sere 5-yòdindòl la kenbe kanal iyon an ouvè, kidonk sa pèmèt yon afli rapid likid ak kraze vakyòl la. Sepandan, mekanis aksyon detaye 5-yòdindòl la rete pou detèmine.
Anvan aplikasyon pratik 5-yodoindol la, yo ta dwe analize efè toksik li sou plant yo. Eksperyans jèminasyon grenn nou yo te montre ke 5-yodoindol la pa t gen okenn efè negatif sou jèminasyon grenn yo oswa sou pwosesis devlopman ki vin apre yo nan konsantrasyon yo te etidye yo (Figi 7). Kidonk, etid sa a bay yon baz pou itilizasyon 5-yodoindol la nan anviwònman ekolojik la pou kontwole danjere nematod pen yo pou pye pen yo.
Rapò anvan yo te demontre ke terapi ki baze sou endòl reprezante yon apwòch potansyèl pou adrese pwoblèm rezistans antibyotik ak pwogresyon kansè a55. Anplis de sa, endòl yo posede aktivite antibakteriyèl, antikanserèz, antioksidan, anti-enflamatwa, antidyabetik, antiviral, antiproliferatif ak antituberkiloz epi yo ka sèvi kòm yon baz pwomèt pou devlopman dwòg56,57. Etid sa a sijere pou premye fwa itilizasyon potansyèl yòd kòm yon ajan antiparazit ak antielmintik.
Yo te dekouvri Avermectin twa deseni de sa epi li te genyen Pri Nobèl la an 2015, epi yo toujou ap itilize li kòm yon antielmintik. Sepandan, akòz devlopman rapid rezistans a avermectin nan nematod ak ensèk nuizib, yo bezwen yon estrateji altènatif, ki pa koute chè epi ki respekte anviwònman an pou kontwole enfeksyon PWN nan pye pen yo. Etid sa a rapòte tou mekanis ke 5-yodoindol touye nematod pen yo epi ke 5-yodoindol gen yon toksisite ki ba pou selil plant yo, sa ki ouvè bon pèspektiv pou aplikasyon komèsyal li nan lavni.
Tout eksperyans yo te apwouve pa Komite Etik Inivèsite Yeungnam, Gyeongsan, Kore di, epi metòd yo te fèt an akò ak direktiv Komite Etik Inivèsite Yeungnam nan.
Eksperyans enkubasyon ze yo te fèt lè l sèvi avèk pwosedi etabli43. Pou evalye to eklozyon (HR), nematod adilt ki gen 1 jou (apeprè 100 fi ak 100 gason) te transfere nan bwat Petri ki gen chanpiyon an epi yo te kite yo grandi pandan 24 èdtan. Apre sa, yo te izole ze yo epi trete yo ak 5-yodoindol (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) te transfere nan pi yon plak kilti tisi 24 pi epi yo te enkube yo a 22 °C. Kontaj L2 yo te fèt apre 24 èdtan enkubasyon men yo te konsidere kòm mouri si selil yo pa t deplase lè yo te estimile yo ak yon fil platinum fen. Eksperyans sa a te fèt an de etap, chak ak sis repetisyon. Done ki soti nan tou de eksperyans yo te konbine epi prezante. Pousantaj HR a kalkile jan sa a:
Yo te evalye mòtalite lav yo lè l sèvi avèk pwosedi yo te devlope deja. Yo te kolekte ze nematod yo epi yo te senkronize anbriyon yo lè yo te kale nan dlo distile esteril pou jenere lav nan etap L2. Yo te trete lav ki te senkronize yo (apeprè 500 nematod) avèk 5-yodoindol (0.05 mM ak 0.1 mM) oswa avermectin (10 μg/ml) epi yo te elve yo sou plak Petri B. cinerea. Apre 48 èdtan enkubasyon a 22 °C, yo te kolekte nematod yo nan dlo distile esteril epi yo te egzamine yo pou prezans etap L2, L3, ak L4 yo. Prezans etap L3 ak L4 yo te endike transfòmasyon lav, alòske prezans etap L2 a pa t endike okenn transfòmasyon. Yo te pran imaj yo lè l sèvi avèk Sistèm Imaj Selilè Dijital iRiS™ lan. Yo te fè eksperyans sa a an de etap, chak ak sis repetisyon. Yo te konbine epi prezante done ki soti nan tou de eksperyans yo.
Yo te evalye toksisite 5-yodoindol ak avermectin sou grenn yo lè l sèvi avèk tès jèminasyon sou plak agar Murashige ak Skoog. Yo te premye tranpe 62 grenn B. oleracea ak R. raphanistrum nan dlo distile esteril pandan yon jou, lave yo ak 1 ml etanòl 100%, esterilize yo ak 1 ml klowòks komèsyal 50% (3% ipoklorit sodyòm) pandan 15 minit, epi lave yo senk fwa ak 1 ml dlo esteril. Apre sa, yo te peze grenn esterilize yo sou plak agar jèminasyon ki gen 0.86 g/l (0.2X) medyòm Murashige ak Skoog ak 0.7% agar bakteriyolojik avèk oswa san 5-yodoindol oswa avermectin. Apre sa, yo te enkube plak yo a 22 °C, epi yo te pran imaj apre 3 jou enkubasyon. Yo te fè eksperyans sa a an de etap, chak etap te gen sis repetisyon.
Dat piblikasyon: 26 Fevriye 2025