La pinnematodo estas kvarantena migranta endoparazito konata kaŭzi severajn ekonomiajn perdojn en pinarbarekosistemoj. La nuna studo revizias la nematicidan agadon de halogenitaj indoloj kontraŭ pinnematodoj kaj ilia mekanismo de ago. La nematicidaj agadoj de 5-iodoindole kaj avermektino (pozitiva kontrolo) kontraŭ pinnematodoj estis similaj kaj altaj ĉe malaltaj koncentriĝoj (10 μg/mL). 5-iodoindole reduktis fekundecon, generan agadon, embrian kaj larvan mortecon, kaj lokomotivan konduton. Molekulaj interagoj de Perantoj kun senvertebrul-specifaj glutamat-enirigitaj kloridkanalreceptoroj apogas la nocion ke 5-iodoindole, kiel avermektino, malloze ligas al la receptora aktiva loko. 5-Iodoindole ankaŭ induktis diversajn fenotipaj deformadojn en nematodoj, inkluzive de eksternorma organkolapso/ŝrumpado kaj pliigita vakuoligo. Tiuj rezultoj indikas ke vakuoloj povas ludi rolon en nematodmetilig-mediaciita morto. Grave, 5-iodoindole estis netoksa al ambaŭ plantospecioj (brasiko kaj rafano). Tiel, ĉi tiu studo pruvas, ke iodoindola apliko sub mediaj kondiĉoj povas kontroli vundon de pino.
Pinarbarnematodo (Bursaphelenchus xylophilus) apartenas al la pinarbarnematodoj (PWN), migrantaj endoparazitaj nematodoj konataj kaŭzi severan ekologian damaĝon al pinarbaraj ekosistemoj1. Pina velko-malsano (PWD) kaŭzita de la pinarbarnematodo fariĝas grava problemo en pluraj kontinentoj, inkluzive de Azio kaj Eŭropo, kaj en Nordameriko, la nematodo detruas enmetitajn pinajn speciojn1,2. Malkresko de pinarboj estas grava ekonomia problemo, kaj la perspektivo de ĝia tutmonda disvastiĝo estas maltrankviliga3. La sekvaj pinspecioj estas plej ofte atakitaj per la nematodo: Pinus densiflora, Pinus sylvestris, Pinus thunbergii, Pinus koraiensis, Pinus thunbergii, Pinus thunbergii, kaj Pinus radiata4. Pinnematodo estas grava malsano, kiu povas mortigi pinojn ene de semajnoj aŭ monatoj da infekto. Krome, ekaperoj de pinnematodoj estas oftaj en diversaj ekosistemoj, tial persistaj infektaj ĉenoj estis establitaj1.
Bursaphelenchus xylophilus estas kvarantena plant-parazita nematodo apartenanta al la superfamilio Aphelenchoidea kaj klado 102.5. La nematodo manĝas fungojn kaj reproduktiĝas en la lignaj histoj de pinarboj, evoluante en kvar malsamajn larvofadiojn: L1, L2, L3, L4 kaj plenkreska individuo1,6. En kondiĉoj de nutraĵa manko, la pinnematodo pasas en specialan larvan fazon - dauer, kiu parazitas sian vektoron - la pinan skarabon (Monochamus alternatus) kaj estas transdonita al sanaj pinoj. En sanaj gastigantoj, nematodoj rapide migras tra plantaj histoj kaj manĝas parenkimatajn ĉelojn, kio kondukas al kelkaj hipersentemaj reagoj, velkado de pino kaj morto ene de jaro post infekto1,7,8.
Biologia kontrolo de pinnematodoj longe estis defio, kun kvarantenaj iniciatoj devenantaj de la 20-a jarcento. Nunaj strategioj por kontrolado de pinnematodoj ĉefe implikas kemiajn traktadojn, inkluzive de lignofumigado kaj enplantado de nematicidoj en arbotrunkojn. La plej ofte uzitaj nematicidoj estas avermektino kaj avermectinbenzoato, kiuj apartenas al la avermektinfamilio. Ĉi tiuj multekostaj kemiaĵoj estas tre efikaj kontraŭ multaj nematodspecioj kaj estas konsiderataj ekologie sekuraj9. Tamen, ripeta uzo de ĉi tiuj nematizidoj estas atendita krei elektan premon, kiu preskaŭ certe kondukos al la apero de rezistemaj pinnematodoj, kiel estis pruvita por pluraj insektaj plagoj, kiel ekzemple Leptinotarsa decemlineata, Plutella xylostella kaj la nematodoj Trichostrongylus colubylus kaj Ostertagia circumcincta, kiuj iom post iom disvolvis reziston al avermeriformis. Tial, rezistpadronoj devas esti regule studitaj kaj nematicidoj ekzamenitaj ade por trovi alternativajn, kostefikajn kaj ekologiemajn mezurojn por kontroli PVD. En la lastaj jardekoj, kelkaj aŭtoroj proponis la uzon de plantaj ekstraktoj, esencaj oleoj kaj volatiloj kiel nematodaj kontrolaj agentoj13,14,15,16.
Ni lastatempe pruvis la nematidan agadon de indolo, interĉela kaj interregna signala molekulo, en Caenorhabditis elegans 17 . Indolo estas disvastigita intraĉela signalo en mikroba ekologio, kontrolante multajn funkciojn kiuj influas mikroban fiziologion, sporformadon, plasmidstabilecon, medikament-reziston, biofilmformadon kaj virulecon 18, 19. La agado de indolo kaj ĝiaj derivaĵoj kontraŭ aliaj patogenaj nematodoj ne estis studita. En ĉi tiu studo, ni esploris la nematicidan agadon de 34 indoloj kontraŭ pino-nematodoj kaj klarigis la mekanismon de ago de la plej potenca 5-iodoindole uzante mikroskopion, time-lapsefotarton kaj molekulajn aldokajn eksperimentojn, kaj taksis ĝiajn toksajn efikojn sur plantoj uzante seman ĝermateston.
Altaj koncentriĝoj (>1.0 mM) de indolo antaŭe estis raportitaj havi nematicidan efikon al nematodoj17. Post traktado de B. xylophilus (miksitaj vivstadioj) kun indolo aŭ 33 malsamaj indolderivaĵoj je 1 mM, morteco de B. xylophilus estis mezurita nombrante vivajn kaj mortajn nematodojn en la kontrolo kaj traktitaj grupoj. Kvin indoloj elmontris signifan nematicidan agadon; la supervivo de la netraktita kontrolgrupo estis 95 ± 7% post 24 h. El la 34 indoloj testitaj, 5-iodoindole kaj 4-fluoroindole je 1 mM kaŭzis 100% mortecon, dum 5,6-difluoroindigo, metilindole-7-carboxylate kaj 7-iodoindole kaŭzis proksimume 50% mortecon (Tablo 1).
Efiko de 5-iodoindole sur vakuolformado kaj metabolo de pinlignonematodo. (A) Efiko de avermectin kaj 5-iodoindole sur plenkreskaj viraj nematodoj, (B) L1-stadiaj nematodaj ovoj kaj (C) metabolo de B. xylophilus, (i) vakuoloj ne estis observitaj je 0 h, traktado rezultigis (ii) vakuolojn, (iii) amasiĝon de multoblaj vakuoloj, (iv) vakuoloj kaj (iv) vakuoloj, (iv) vakuoloj kaj (iv) vakuoloj. (vi) formado de gigantaj vakuoloj. Ruĝaj sagoj indikas ŝveliĝon de vakuoloj, bluaj sagoj indikas fuzion de vakuoloj kaj nigraj sagoj indikas gigantajn vakuolojn. Skalstango = 50 μm.
Krome, ĉi tiu studo ankaŭ priskribis la sinsekvan procezon de metano-induktita morto en pinnematodoj (Figuro 4C). Metanogena morto estas ne-apoptota speco de ĉelmorto asociita kun la amasiĝo de elstaraj citoplasmaj vakuoloj27. La morfologiaj difektoj observitaj en pinnematodoj ŝajnas esti proksime rilatitaj al la mekanismo de metan-induktita morto. Mikroskopa ekzameno en malsamaj tempoj montris ke gigantaj vakuoloj estis formitaj post 20 h da eksponiĝo al 5-jodoindole (0.1 mM). Mikroskopaj vakuoloj estis observitaj post 8 h da traktado, kaj ilia nombro pliiĝis post 12 h. Pluraj grandaj vakuoloj estis observitaj post 14 h. Pluraj kunfanditaj vakuoloj estis klare videblaj post 12-16 h da terapio, indikante ke vakuolfuzio estas la bazo de la metanogena mortmekanismo. Post 20 horoj, pluraj gigantaj vakuoloj estis trovitaj ĉie en la vermo. Ĉi tiuj observoj reprezentas la unuan raporton de metuozo en C. elegans.
Ĉe 5-jodoindole traktitaj vermoj, vakuola agregado kaj rompo ankaŭ estis observitaj (Fig. 5), kiel pruvas vermfleksado kaj vakuola liberigo en la medion. Vakuola interrompo ankaŭ estis observita en la ovoŝelo-membrano, kiu estas normale konservita sendifekta de L2 dum eloviĝo (Suplementa Fig. S2). Ĉi tiuj observoj subtenas la implikiĝon de fluida amasiĝo kaj osmoregulatory fiasko, same kiel reversebla ĉela vundo (RCI), en la procezo de vakuola formado kaj supurado (Fig. 5).
Hipotezante la rolon de jodo en la observita vakuola formado, ni esploris la nematidan agadon de natria joduro (NaI) kaj kaliojoduro (KI). Tamen, ĉe koncentriĝoj (0.1, 0.5 aŭ 1 mM), ili ne influis nek nematodan supervivon aŭ vakuolformadon (Suplementa Fig. S5), kvankam 1 mM KI havis iomete nematidan efikon. Aliflanke, 7-iodoindole (1 aŭ 2 mM), kiel 5-iodoindole, induktis multoblajn vakuolojn kaj strukturajn deformadojn (Suplementa Fig. S6). La du jodoindoloj montris similajn fenotipajn karakterizaĵojn en pinnematodoj, dum NaI kaj KI ne faris. Interese, indolo ne induktis vakuolformadon en B. xylophilus ĉe la koncentriĝoj testitaj (datenoj ne montritaj). Tiel, la rezultoj konfirmis ke la indol-joda komplekso respondecas pri la vakuoligo kaj metabolo de B. xylophilus.
Inter la indoles provitaj por nematicida agado, 5-iodoindole havis la plej altan glitan indicon de -5.89 kcal / mol, sekvita de 7-iodoindole (-4.48 kcal / mol), 4-fluoroindole (-4.33), kaj indole (-4.03) (Figuro 6). La forta spina hidrogena ligo de 5-jodoindole al leŭcino 218 stabiligas sian ligon, dum ĉiuj aliaj indolderivaĵoj ligas al serino 260 per flankaj ĉenaj hidrogenaj ligoj. Inter aliaj modeligitaj jodoindoles, 2-jodoindole havas ligan valoron de -5.248 kcal/mol, kiu ŝuldiĝas al sia ĉefa hidrogena ligo kun leŭcino 218. Aliaj konataj ligoj inkludas 3-iodoindole (-4.3 kcal/mol), 4-jodoindole (-4.0 kcal/mol) kaj 6-kcal/moli. (Aldona Figuro S8). La plej multaj halogenitaj indoloj kaj indolo mem, kun la escepto de 5-iodoindole kaj 2-jodoindole, formas ligon kun serino 260. La fakto, ke hidrogena ligo kun leŭcino 218 estas indika de efika receptor-ligando ligado, kiel observite por ivermektino (Suplementa Fig. S7 kaj 2-iodoidoi), konfirmas tion. ivermectin, ligu firme al la aktiva loko de la ricevilo GluCL per leŭcino 218 (Fig. 6 kaj Suplementa Fig. S8). Ni proponas, ke ĉi tiu ligo estas postulata por konservi la malferman poran strukturon de la GluCL-komplekso kaj ke per strikte ligado al la aktiva loko de la GluCL-ricevilo, 5-iodoindole, 2-iodoindole, avermectin kaj ivermectin tiel konservas la jonkanalon malfermita kaj permesas fluidan absorbadon.
Molekula aldokiĝo de indolo kaj halogenita indolo al GluCL. Ligante orientiĝojn de (A) indolo, (B) 4-fluoroindole, (C) 7-iodoindole, kaj (D) 5-iodoindole-perantoj al la aktiva loko de GluCL. La proteino estas reprezentita per rubando, kaj la spinaj hidrogenaj ligoj estas montritaj kiel flavaj punktlinioj. (A′), (B′), (C′), kaj (D′) montras la interagojn de la ekvivalentaj Perantoj kun la ĉirkaŭaj aminoacidrestaĵoj, kaj la flank-ĉenaj hidrogenaj ligoj estas indikitaj per rozkoloraj punktitaj sagoj.
Eksperimentoj estis faritaj por taksi la toksan efikon de 5-iodoindole sur la ĝermado de brasiko kaj rafano semoj. 5-iodoindole (0.05 aŭ 0.1 mM) aŭ avermektino (10 μg/mL) havis malmulte aŭ neniun efikon al komenca ĝermado kaj planteto-apero (Figuro 7). Krome, neniu signifa diferenco estis trovita inter la ĝerma indico de netraktitaj kontroloj kaj semoj traktitaj kun 5-iodoindole aŭ avermectin. La efiko al la plilongiĝo de la pivotradiko kaj la nombro da flankaj radikoj formitaj estis sensignifa, kvankam 1 mM (10 fojojn ĝia aktiva koncentriĝo) de 5-iodoindole iomete prokrastis la evoluon de flankaj radikoj. Tiuj rezultoj indikas ke 5-iodoindole estas netoksa al plantĉeloj kaj ne malhelpas plantevoluajn procezojn ĉe la koncentriĝoj studitaj.
Efiko de 5-iodoindole sur semĝermado. Ĝermado, burĝonado kaj laterala enradikiĝo de B. oleracea kaj R. raphanistrum semoj sur Murashige kaj Skoog agarmedio kun aŭ sen avermektino aŭ 5-iodoindole. Germado estis registrita post 3 tagoj da kovado je 22 °C.
Ĉi tiu studo raportas plurajn kazojn de nematodmortigo per indoloj. Grave, tio estas la unua raporto de jodoindole induktanta metiligo (procezo kaŭzita de la amasiĝo de malgrandaj vakuoloj kiuj iom post iom kunfalas en gigantajn vakuolojn, poste kaŭzante membranrompon kaj morton) en pinpingloj, kie jodoindole elmontras signifajn nematicidajn trajtojn similajn al tiuj de la komerca nematicidavermektino.
Oni antaŭe raportis ke Indoloj ekzercas multoblajn signalajn funkciojn en prokariotoj kaj eŭkariotoj, inkluzive de biofilma inhibicio/formado, bakteria supervivo kaj patogeneco19,32,33,34. Lastatempe, la eblaj terapiaj efikoj de halogenitaj indoloj, indolaj alkaloidoj kaj duonsintezaj indolaj derivaĵoj altiris ampleksan esplorintereson35,36,37. Ekzemple, halogenitaj indoloj pruviĝis mortigi konstantajn ĉelojn de Escherichia coli kaj Staphylococcus aureus37. Krome, estas de scienca intereso studi la efikecon de halogenitaj indoloj kontraŭ aliaj specioj, genroj kaj regnoj, kaj ĉi tiu studo estas paŝo al atingado de ĉi tiu celo.
Ĉi tie, ni proponas mekanismon por 5-iodoindole-induktita letaleco en C. elegans bazita sur reigebla ĉela vundo (RCI) kaj metilado (Figuroj 4C kaj 5). Edemaj ŝanĝoj kiel ŝvelaĵo kaj vakuola degenero estas indikiloj de RCI kaj metiligo, manifestitaj kiel gigantaj vakuoloj en la citoplasmo48,49. RCI influas energiproduktadon reduktante ATP-produktadon, kaŭzante fiaskon de la ATPazo-pumpilo, aŭ interrompante ĉelmembranojn kaj kaŭzante rapidan enfluon de Na+, Ca2+, kaj akvo50,51,52. Intracitoplasmaj vakuoloj ekestas en bestaj ĉeloj kiel rezulto de fluida amasiĝo en la citoplasmo pro la enfluo de Ca2+ kaj akvo53. Kurioze, ĉi tiu mekanismo de ĉela damaĝo estas reigebla se la damaĝo estas provizora kaj la ĉeloj komencas produkti ATP dum certa tempodaŭro, sed se la damaĝo daŭras aŭ plimalboniĝas, la ĉeloj mortas.54 Niaj observoj montras, ke nematodoj traktataj per 5-jodoindolo ne kapablas restarigi normalan biosintezon post eksponiĝo al streĉaj kondiĉoj.
La metiliga fenotipo induktita de 5-iodoindole en B. xylophilus povas esti pro la ĉeesto de jodo kaj ĝia molekula distribuo, ĉar 7-iodoindole havis malpli inhibician efikon sur B. xylophilus ol 5-iodoindole (Tablo 1 kaj Suplementa Figuro S6). Ĉi tiuj rezultoj estas parte kongruaj kun la studoj de Maltese et al. (2014), kiuj raportis, ke translokado de la piridila nitrogenduono en indolo de la para- al la meta-pozicio aboliciis vakuoligon, kreskinhibicion kaj citotoksecon en U251-ĉeloj, sugestante ke la interago de la molekulo kun specifa aktiva loko en la proteino estas kritika27,44,45. La interagoj inter indolaj aŭ halogenitaj indoloj kaj GluCL-riceviloj observitaj en ĉi tiu studo ankaŭ subtenas ĉi tiun nocion, ĉar 5- kaj 2-iodoindole estis trovitaj ligi al GluCL-riceviloj pli forte ol la aliaj indoloj ekzamenitaj (Figuro 6 kaj Suplementa Figuro S8). La jodo ĉe la dua aŭ kvina pozicio de la indolo estis trovita ligi al leŭcino 218 de la GluCL-receptoro per spinaj hidrogenaj ligoj, dum aliaj halogenitaj indoloj kaj indolo mem formas malfortajn flankajn ĉenajn hidrogenajn ligojn kun serino 260 (Figuro 6). Ni do konjektas, ke la lokalizo de la halogeno ludas gravan rolon en la indukto de vakuola degenero, dum la malloza ligado de 5-iodoindole tenas la jonkanalon malfermita, tiel permesante rapidan fluidan enfluon kaj vakuolan rompon. Tamen, la detala mekanismo de ago de 5-iodoindole restas determini.
Antaŭ praktika apliko de 5-iodoindole, ĝia toksa efiko sur plantoj devas esti analizita. Niaj eksperimentoj pri semo-ĝermado montris, ke 5-iodoindole havis neniun negativan efikon al semĝermado aŭ postaj evoluaj procezoj ĉe la studitaj koncentriĝoj (Figuro 7). Tiel, ĉi tiu studo disponigas bazon por la uzo de 5-iodoindole en la ekologia medio por kontroli la damaĝon de pinnematodoj al pinoj.
Antaŭaj raportoj pruvis, ke indol-bazita terapio reprezentas eblan aliron por trakti la problemon de antibiotika rezisto kaj kancerprogresado55. Krome, indoloj posedas kontraŭbakteriajn, kontraŭkancerajn, antioksidajn, kontraŭinflamajn, kontraŭdiabetajn, kontraŭvirusajn, kontraŭproliferativajn kaj kontraŭtuberkulozajn agadojn kaj povas servi kiel promesplena bazo por disvolviĝo de drogoj56,57. Ĉi tiu studo sugestas unuafoje la eblan uzon de jodo kiel kontraŭparazita kaj kontraŭhelminta agento.
Avermectino estis malkovrita antaŭ tri jardekoj kaj gajnis la Nobel-premion en 2015, kaj ĝia uzo kiel antihelmintiko daŭre aktive daŭras. Tamen, pro la rapida evoluo de rezisto al avermektinoj en nematodoj kaj insektaj plagoj, necesas alternativa, malmultekosta kaj ekologiema strategio por kontroli PWN-infekton en pinarboj. Ĉi tiu studo ankaŭ raportas la mekanismon per kiu 5-iodoindole senvivigas pinnematodojn kaj ke 5-iodoindole havas malaltan toksecon al plantĉeloj, kiu malfermas bonajn perspektivojn por sia estonta komerca apliko.
Ĉiuj eksperimentoj estis aprobitaj de la Etika Komitato de Yeungnam University, Gyeongsan, Koreio, kaj la metodoj estis faritaj laŭ la gvidlinioj de la Etika Komitato de Yeungnam University.
Eksperimentoj pri kovado de ovoj estis faritaj per establitaj proceduroj43. Por taksi eloviĝoprocentojn (HR), 1-tagaj plenkreskaj nematodoj (ĉirkaŭ 100 inoj kaj 100 maskloj) estis transdonitaj al Petri-pladoj enhavantaj la fungon kaj permesitaj kreski dum 24 h. Ovoj tiam estis izolitaj kaj traktitaj kun 5-jodoindole (0.05 mM kaj 0.1 mM) aŭ avermectino (10 μg/ml) kiel suspendo en sterila distilita akvo. Tiuj suspendoj (500 μl; proksimume 100 ovoj) estis transdonitaj al la putoj de 24-puta histokulturplato kaj kovataj je 22 °C. L2-kalkuloj estis faritaj post 24 h da kovado sed estis konsideritaj mortaj se la ĉeloj ne moviĝis kiam stimulitaj per bona platena drato. Ĉi tiu eksperimento estis farita en du stadioj, ĉiu kun ses ripetoj. La datumoj de ambaŭ eksperimentoj estis kombinitaj kaj prezentitaj. La procento de HR estas kalkulita jene:
Larva morteco estis taksita uzante antaŭe evoluigitajn procedurojn. Nematodovoj estis kolektitaj kaj embrioj estis sinkronigitaj per eloviĝo en sterila distilita akvo por generi L2-scenlarvojn. Sinkronigitaj larvoj (ĉirkaŭ 500 nematodoj) estis traktitaj kun 5-iodoindole (0.05 mM kaj 0.1 mM) aŭ avermektino (10 μg/ml) kaj breditaj sur B. cinerea Petri-platoj. Post 48 h da kovado je 22 °C, nematodoj estis kolektitaj en sterila distilita akvo kaj ekzamenitaj por la ĉeesto de L2, L3, kaj L4 stadioj. La ĉeesto de L3 kaj L4-stadioj indikis larvan transformon, dum la ĉeesto de la L2-stadio indikis neniun transformon. Bildoj estis akiritaj per la iRiS™ Digital Cell Imaging System. Ĉi tiu eksperimento estis farita en du stadioj, ĉiu kun ses ripetoj. La datumoj de ambaŭ eksperimentoj estis kombinitaj kaj prezentitaj.
La tokseco de 5-iodoindole kaj avermektino al semoj estis taksita per ĝermadaj testoj sur Murashige kaj Skoog-agarplatoj.62 B. oleracea kaj R. raphanistrum-semoj unue estis trempitaj en sterila distilita akvo dum unu tago, lavitaj per 1 ml 100% 100% etanolo, steriligita 50% kun komerca 1 ml de sodio, steriligita. hipoklorito) dum 15 minutoj, kaj lavis kvin fojojn per 1 ml sterila akvo. La steriligitaj semoj tiam estis premitaj sur ĝermadagarplatojn enhavantajn 0.86 g/l (0.2X) Murashige kaj Skoog-medion kaj 0.7% bakteriologian agaron kun aŭ sen 5-iodoindole aŭ avermectin. La platoj tiam estis kovataj je 22 °C, kaj bildoj estis prenitaj post 3 tagoj da kovado. Ĉi tiu eksperimento estis farita en du etapoj, ĉiu el kiuj havis ses ripetojn.
Afiŝtempo: Feb-26-2025