De Piniennematoden ass e Quarantän Migratiounsendoparasit bekannt fir schwéier wirtschaftlech Verloschter an Pinienbësch Ökosystemer ze verursaachen. Déi heiteg Studie iwwerpréift d'nematizid Aktivitéit vun halogenéierten Indolen géint Piniennematoden an hiren Handlungsmechanismus. D'nematizid Aktivitéite vu 5-Jodoindol an Avermectin (positiv Kontroll) géint Piniennematoden waren ähnlech an héich bei niddrege Konzentratioune (10 μg /ml). 5-Iodindol reduzéiert Fekunditéit, reproduktiv Aktivitéit, embryonal a larval Mortalitéit, a Lokomotoresch Verhalen. Molekulare Interaktioune vu Liganden mat Invertebrate-spezifesch Glutamat-gated Chloridkanal Rezeptoren ënnerstëtzen d'Notioun datt 5-Iodindol, wéi Avermectin, enk un de Rezeptor aktive Site bindt. 5-Iodoindol huet och verschidde phenotypesch Deformatiounen an Nematoden induzéiert, dorënner anormal Organerkollaps / Schrumpfung a verstäerkte Vakuoliséierung. Dës Resultater suggeréieren datt Vakuolen eng Roll am Nematoden-Methylatiounsvermittelten Doud spille kënnen. Wichteg war 5-Jodoindol net gëfteg fir béid Planzenaarten (Kohl a Rettich). Also beweist dës Studie datt d'Jodoindol Uwendung ënner Ëmweltbedéngungen d'Kiefe Wëllverletzung kontrolléiere kann.
Pinienholznematoden (Bursaphelenchus xylophilus) gehéiert zu de Pinienholznematoden (PWN), migréierend endoparasitesch Nematoden, déi bekannt sinn fir schwéieren ökologesche Schued un de Pinienbësch-Ökosystemer ze verursaachen1. Pine Wilt Krankheet (PWD) verursaacht duerch de Pinienholznematoden gëtt e seriöse Problem op verschiddene Kontinenter, dorënner Asien an Europa, an an Nordamerika zerstéiert d'Nematoden agefouert Pinienarten1,2. De Réckgang vun Pinienbaum ass e grousse wirtschaftleche Problem, an d'Perspektive vu senger globaler Verbreedung ass beonrouegend3. Déi folgend Pinienarten gi meeschtens vun den Nematoden ugegraff: Pinus densiflora, Pinus sylvestris, Pinus thunbergii, Pinus koraiensis, Pinus thunbergii, Pinus thunbergii a Pinus radiata4. Pinien Nematoden ass eng sérieux Krankheet déi Pinien bannent Wochen oder Méint vun der Infektioun ëmbréngen kann. Zousätzlech sinn Piniennematodenausbréch heefeg a verschiddenen Ökosystemer, sou datt persistent Infektiounsketten etabléiert sinn1.
Bursaphelenchus xylophilus ass eng Quarantänpflanzenparasitär Nematoden déi zu der Superfamilie Aphelenchoidea a Clade 102.5 gehéiert. D'Nematoden ernährt Pilze a reproduzéiert an den Holzgewebe vu Pinien, entwéckelt sech a véier verschidde Larvalstadien: L1, L2, L3, L4 an en erwuessene Individuum1,6. Ënner Bedéngungen vu Liewensmëttelmangel geet d'Kiefelmetode an eng spezialiséiert Larvalstadie - Dauer, dee säi Vecteur parasitéiert - de Pinien Rinde Käfer (Monochamus alternatus) a gëtt op gesond Pinien iwwerdroen. A gesonde Hosten, Nematoden migréieren séier duerch Planzgewebe a fidderen op parenchymatöse Zellen, wat zu enger Zuel vun Hypersensibilitéitsreaktiounen, Pinienwëllen an Doud bannent engem Joer no der Infektioun féiert1,7,8.
Biologesch Kontroll vu Piniennematoden ass laang eng Erausfuerderung, mat Quarantänmoossnamen aus dem 20. Joerhonnert. Aktuell Strategien fir d'Kontroll vun Piniennematoden involvéieren haaptsächlech chemesch Behandlungen, dorënner Holzfumigatioun an Implantatioun vun Nematiziden a Bamstämm. Déi meescht benotzt Nematiziden sinn Avermectin an Avermectin Benzoat, déi zu der Avermectin Famill gehéieren. Dës deier Chemikalien sinn héich effektiv géint vill Nematoden Arten a ginn als ëmweltfrëndlech ugesinn9. Wéi och ëmmer, widderholl Notzung vun dësen Nematiziden gëtt erwaart Selektiounsdrock ze kreéieren dee bal sécher zu der Entstoe vu resistente Piniennematoden féiert, sou wéi et fir verschidden Insektepest bewisen gouf, wéi Leptinotarsa decemlineata, Plutella xylostella an d'Nematoden Trichostrongylus colubriformis an Ostertagia circulär entwéckelt. avermectins 10, 11, 12. Dofir musse Resistenzmuster regelméisseg studéiert ginn an Nematiziden kontinuéierlech gescannt ginn fir alternativ, kosteneffektiv an ëmweltfrëndlech Moossnamen ze fannen fir PVD ze kontrolléieren. An de leschte Joerzéngte hunn eng Rei Autoren d'Benotzung vu Planzenextrakter, äthereschen Ueleger a liichtflüchtege Substanzen als Nematoden Kontroll Agenten13,14,15,16 proposéiert.
Mir hunn viru kuerzem d'nematizid Aktivitéit vun Indole bewisen, eng interzellulär an interkingdom Signalmolekül, an Caenorhabditis elegans 17. Indole ass e verbreet intrazelluläre Signal an der mikrobieller Ökologie, kontrolléiert vill Funktiounen, déi mikrobieller Physiologie, Sporebildung, Plasmidstabilitéit, Drogenresistenz, Biofilmbildung a Virulenz beaflossen 18, 19. D'Aktivitéit vun Indole a seng Derivate géint aner pathogen Nematoden ass net studéiert ginn. An dëser Studie hu mir d'nematizid Aktivitéit vun 34 Indole géint Piniennematoden ënnersicht an de Mechanismus vun der Handlung vum mächtegste 5-Iodindol mat Mikroskopie, Time-lapse Fotografie a molekulare Docking Experimenter opgekläert, a bewäert seng gëfteg Effekter op Planzen mat engem Som Keimungsassay.
Héich Konzentratioune (> 1,0 mM) vun Indole goufe virdru gemellt fir en nematizideschen Effekt op Nematoden17 ze hunn. No der Behandlung vu B. xylophilus (gemëschte Liewensstadien) mat Indole oder 33 verschiddene Indole-Derivate bei 1 mM, gouf d'Veruerteelung vu B. xylophilus gemooss andeems lieweg an dout Nematoden an der Kontroll a behandelte Gruppen zielen. Fënnef Indole weisen bedeitend nematizid Aktivitéit; d'Iwwerliewe vun der onbehandelt Kontroll Grupp war 95 ± 7% no 24 h. Vun de 34 getest Indolen, 5-Iodindol a 4-Fluorindol bei 1 mM verursaacht 100% Mortalitéit, wärend 5,6-Difluoroindigo, Methylindol-7-Carboxylat a 7-Iodindol ongeféier 50% Mortalitéit verursaacht hunn (Table 1).
Effekt vum 5-Iodindol op Vakuolbildung a Metabolismus vu Pinienholznematoden. (A) Effet vun avermectin an 5-iodoindol op erwuessener männlech nematodes, (B) L1 Etapp nematode Eeër an (C) ukuerbelt vun B. xylophilus, (i) vakuoles sech net op 0 h observéiert, Behandlung resultéiert an (ii) vakuoles, (iii) Heefung vu multiple vakuoles, (iv) Fusioun vun vacuoles, (iv) fusion vun vacuoles. Vakuolen an (vi) Bildung vu riesegen Vakuolen. Roude Pfeile weisen Schwellung vu Vakuolen un, blo Pfeile weisen op Fusioun vu Vakuolen a schwaarz Pfeile weisen op riseg Vakuolen. Skala Bar = 50 μm.
Zousätzlech beschreift dës Etude och de sequentielle Prozess vum Methan-induzéierten Doud bei Piniennematoden (Dorënner 4C). Methanogenen Doud ass eng net-apoptotesch Aart vun Zell Doud verbonne mat der Akkumulation vu prominente zytoplasmesche Vakuolen27. Déi morphologesch Mängel, déi an de Piniennematoden observéiert ginn, schéngen enk mam Mechanismus vum Methan-induzéierten Doud verbonnen ze sinn. Mikroskopesch Untersuchung zu verschiddenen Zäiten huet gewisen datt rieseg Vakuolen no 20 Stonnen Belaaschtung fir 5-Jodoindol (0,1 mM) geformt goufen. Mikroskopesch Vakuole goufen no 8 Stonnen Behandlung observéiert, an hir Zuel ass no 12 Stonnen eropgaang. Verschidde grouss Vakuole goufen no 14 Stonnen observéiert. Verschidde verschmolzene Vakuole ware kloer no 12-16 Stonnen Behandlung ze gesinn, wat beweist datt Vakuolfusioun d'Basis vum methanogenen Doudesmechanismus ass. No 20 Stonnen goufen e puer rieseg Vakuolen am ganze Wuerm fonnt. Dës Observatioune representéieren den éischte Bericht vu Metuose bei C. elegans.
Bei 5-Jodoindol-behandelte Würmer goufen och Vakuol-Aggregatioun a Broch observéiert (Fig. 5), wéi bewisen duerch Wurmbéien a Vakuol-Verëffentlechung an d'Ëmwelt. Vakuole Stéierungen gouf och an der Eeërmuschel Membran observéiert, déi normalerweis intakt vun L2 während hatching preservéiert ass (Ergänzlech Fig. S2). Dës Beobachtungen ënnerstëtzen d'Beteiligung vu Flëssegakkumulatioun an osmoregulatoresche Versoen, wéi och reversibel Zellverletzung (RCI), am Prozess vun der Vakuolbildung an der Suppuratioun (Fig. 5).
Hypotheséiere vun der Roll vum Jod an der observéierter Vakuolbildung, ënnersicht mir d'nematizid Aktivitéit vum Natriumjodid (NaI) a Kaliumiodid (KI). Wéi och ëmmer, bei Konzentratioune (0,1, 0,5 oder 1 mm), hu se net entweder Nematoden Iwwerliewe oder Vakuolbildung (Ergänzungs Lalumi S5) beaflosst, obwuel 1 mm KI e liicht nematizid Effekt hat. Op der anerer Säit, 7-iodoindol (1 oder 2 mM), wéi 5-iodoindol, entschlof Multiple vakuoles a strukturell Deformatiounen (Ergänzlech Fig. S6). Déi zwee Iodindolen hunn ähnlech phenotypesch Charakteristike bei Piniennematoden gewisen, wärend NaI a KI net. Interessanterweis huet Indole keng Vakuolbildung am B. xylophilus bei de geteste Konzentratioune induzéiert (Donnéeën net gewisen). Also hunn d'Resultater bestätegt datt den Indole-Jod-Komplex verantwortlech ass fir d'Vakuoliséierung an de Metabolismus vu B. xylophilus.
Ënnert den Indolen, déi fir nematizid Aktivitéit getest goufen, hat 5-iodoindol den héchste Rutschindex vun -5,89 kcal /mol, gefollegt vun 7-iodoindol (-4,48 kcal /mol), 4-fluoroindol (-4,33) an Indole (-4,03) (Dorënner 6). Déi staark Réckgraat Waasserstoffverbindung vu 5-Iodindol zu Leucin 218 stabiliséiert seng Bindung, wärend all aner Indol-Derivate mat Serin 260 iwwer Säiteketten Waasserstoffbindungen binden. Ënnert anere modelléierte Jodindolen huet 2-Jodindol e Bindungswäert vun -5,248 kcal/mol, wat wéinst senger Haaptwaasserstoffbindung mat Leucin 218 ass. Bild S8). Déi meescht halogenéiert Indole an Indole selwer, mat Ausnam vu 5-Jodoindol an 2-Jodoindol, bilden eng Bindung mat Serin 260. D'Tatsaach, datt Waasserstoffverbindung mat Leucin 218 indikativ ass fir effizient Rezeptor-Ligand-Bindung, wéi fir Ivermectin observéiert (Ergänzlech Fig. S7), bestätegt datt 5,-2-ioindole wéi 5,-ioindole a ivermectin, binden enk un den aktive Site vum GluCL Rezeptor iwwer Leucin 218 (Fig. 6 an Ergänzungs Fig. S8). Mir proposéieren datt dës Bindung erfuerderlech ass fir déi oppe Pore Struktur vum GluCL Komplex z'erhalen an datt duerch eng enk Bindung un den aktive Site vum GluCL Rezeptor, 5-Iodindol, 2-Jodoindol, Avermectin an Ivermectin, sou datt den Ionkanal oppe bleift an d'Flëssegkeetsopnam erlaabt.
Molekulare Docking vun Indole an halogenéierten Indol op GluCL. Bindungsorientéierunge vun (A) Indole, (B) 4-Fluorindol, (C) 7-Jodoindol, an (D) 5-Jodoindol Liganden op den aktive Site vu GluCL. D'Protein gëtt duerch e Bändchen duergestallt, an d'Réckgratwasserstoffbindunge ginn als giel gestreckt Linnen gewisen. (A′), (B′), (C′), an (D′) weisen d'Interaktioune vun de entspriechende Liganden mat den Ëmgéigend Aminosaierreschter, an d'Säitkette Waasserstoffverbindunge ginn duerch rosa Punkte Pfeile gezeechent.
Experimenter goufen duerchgefouert fir den gëftege Effekt vum 5-Jodoindol op d'Keimung vu Kabes a Rettich Somen ze evaluéieren. 5-iodoindole (0,05 oder 0,1 mm) oder avermectin (10 μg / ml) hu wéineg oder keen Effekt op initial germination an plantlet Entstoe (Dorënner 7). Zousätzlech gouf kee groussen Ënnerscheed tëscht der Keimungsquote vun onbehandelte Kontrollen a Somen, déi mat 5-Jodoindol oder Avermectin behandelt goufen, fonnt. Den Effekt op d'Taproot Verlängerung an d'Zuel vun de laterale Wuerzelen geformt war net bedeitend, obwuel 1 mM (10 Mol seng aktiver Konzentratioun) vu 5-Jodoindol d'Entwécklung vu laterale Wuerzelen liicht verspéit. Dës Resultater weisen datt 5-Iodindol net gëfteg fir Planzenzellen ass an net mat Planzenentwécklungsprozesser bei de studéierte Konzentratioune stéiert.
Effekt vum 5-Jodoindol op Som Keimung. Keimung, Sprossen a lateral Wuerzelen vu B. oleracea a R. raphanistrum Somen op Murashige a Skoog Agar Medium mat oder ouni Avermectin oder 5-Jodoindol. Keimung gouf no 3 Deeg Inkubatioun bei 22 ° C opgeholl.
Dës Etude bericht e puer Fäll vun Nematoden Doud duerch Indolen. Wichteg ass dëst den éischte Bericht vun Iodindol induzéierend Methylatioun (e Prozess verursaacht duerch d'Akkumulation vu klenge Vakuolen, déi graduell a rieseg Vakuolen fusionéieren, schlussendlech zu Membranbroch an Doud féieren) an Piniennadelen, mat Iodindol déi bedeitend nematizid Eegeschaften ähnlech wéi déi vum kommerziellen Nematizid avermectid.
Indole goufe virdru gemellt fir verschidde Signalfunktiounen a Prokaryoten an Eukaryoten auszeüben, dorënner Biofilm Inhibitioun / Bildung, bakteriell Iwwerliewe, a Pathogenizitéit19,32,33,34. Viru kuerzem hunn d'potenziell therapeutesch Effekter vun halogenéierten Indole, Indolalkaloiden a semisynthetesch Indolderivater extensiv Fuerschungsinteresse35,36,37 ugezunn. Zum Beispill, halogenéiert Indole goufen gewisen fir persistent Escherichia coli a Staphylococcus aureus Zellen37 ëmzebréngen. Zousätzlech ass et vu wëssenschaftlechen Interessi d'Effizienz vun halogenéierten Indole géint aner Arten, Gattungen a Räicher ze studéieren, an dës Etude ass e Schrëtt fir dëst Zil z'erreechen.
Hei proposéiere mir e Mechanismus fir 5-iodoindole-induzéiert Doudesfäll am C. elegans baséiert op reversibel Zellverletzung (RCI) a Methylatioun (Dorënner 4C a 5). Edematous Verännerungen wéi Puffiness a Vakuolar Degeneratioun sinn Indikatoren vu RCI a Methylatioun, manifestéiert als rieseg Vakuolen am Zytoplasma48,49. RCI stéiert d'Energieproduktioun andeems d'ATP-Produktioun reduzéiert gëtt, verursaacht Ausfall vun der ATPase-Pumpe oder d'Zellmembranen ze stéieren an e schnelle Flux vu Na+, Ca2+ a Waasser verursaacht50,51,52. Intracytoplasmatesch Vakuolen entstinn an Déierzellen als Resultat vun der Flëssegakkumulatioun am Zytoplasma wéinst dem Influx vu Ca2+ a Waasser53. Interessanterweis ass dëse Mechanismus vum Zellschued reversibel wann de Schued temporär ass an d'Zellen ufänken ATP fir eng gewëssen Zäit ze produzéieren, awer wann de Schued bestoe bleift oder sech verschlechtert, stierwen d'Zellen.54 Eis Observatioune weisen datt Nematoden, déi mat 5-Jodoindol behandelt ginn, net fäeg sinn normal Biosynthese no Belaaschtung vu Stressbedéngungen ze restauréieren.
D'methylation phenotype vun 5-iodoindole zu B. xylophilus entschlof kann wéinst der Präsenz vun Jod a seng molekulare Verdeelung, well 7-iodoindole manner inhibitory Effekt op B. xylophilus haten wéi 5-iodoindole (Table 1 an Zousaz Figur S6). Dës Resultater sinn deelweis konsequent mat de Studien vu Maltese et al. (2014). D'Interaktiounen tëscht Indole oder halogenéierten Indolen a GluCL Rezeptoren, déi an dëser Etude observéiert goufen, ënnerstëtzen och dës Notioun, well 5- an 2-Jodoindol fonnt goufen, fir GluCL Rezeptoren méi staark ze binden wéi déi aner ënnersicht Indolen (Figure 6 an Ergänzungsfigur S8). D'Jod op der zweeter oder fënnefter Positioun vum Indole gouf fonnt fir un Leucin 218 vum GluCL Rezeptor iwwer Réckgratwasserstoffbindungen ze binden, wärend aner halogenéiert Indolen an Indol selwer schwaach Säiteketten Waasserstoffbindunge mat Serin 260 bilden (Figure 6). Mir spekuléieren dofir datt d'Lokaliséierung vum Halogen eng wichteg Roll bei der Induktioun vun der vakuolarer Degeneratioun spillt, wärend déi enk Bindung vum 5-Jodoindol den Ionenkanal oppen hält, an doduerch e schnelle Flëssegkeetsinfluss a Vakuolbruch erlaabt. Wéi och ëmmer, den detailléierte Mechanismus vun der Handlung vu 5-Jodoindol bleift ze bestëmmen.
Virun der praktescher Uwendung vu 5-Jodoindol soll seng gëfteg Effekt op Planzen analyséiert ginn. Eis Som germination Experimenter gewisen, datt 5-iodoindole keen negativen Effekt op Some germination oder spéider Entwécklung Prozesser op der Konzentratioune studéiert haten (Dorënner 7). Sou gëtt dës Etude eng Basis fir d'Benotzung vu 5-Jodoindol an der ökologescher Ëmwelt fir d'Schädlechkeet vu Piniennematoden op Pinien ze kontrolléieren.
Fréier Berichter hu bewisen datt Indole-baséiert Therapie eng potenziell Approche duerstellt fir de Problem vun der Antibiotikresistenz a Kriibsprogressioun unzegoen55. Zousätzlech hunn Indolen antibakteriell, Antikriibs, Antioxidant, anti-inflammatoresch, antidiabetesch, antiviral, antiproliferativ an antituberkulose Aktivitéiten a kënnen als villverspriechend Basis fir Drogenentwécklung déngen56,57. Dës Etude proposéiert fir d'éischte Kéier d'Potential Notzung vun Jod als antiparasitären an anthelmintic Agent.
Avermectin gouf virun dräi Joerzéngte entdeckt an huet den Nobelpräis am Joer 2015 gewonnen, a seng Notzung als Anthelmintik ass nach ëmmer aktiv weider. Wéi och ëmmer, wéinst der séierer Entwécklung vun der Resistenz géint Avermectin bei Nematoden an Insektepest, ass eng alternativ, bëlleg an ëmweltfrëndlech Strategie gebraucht fir PWN Infektioun an Pinien ze kontrolléieren. Dës Etude bericht och de Mechanismus, duerch deen 5-Iodindol Piniennematoden ëmbréngt an datt 5-Iodindol eng geréng Toxizitéit fir Planzenzellen huet, wat gutt Perspektiven fir seng zukünfteg kommerziell Uwendung opmaacht.
All Experimenter goufen vun der Ethik Comité vun Yeungnam Universitéit guttgeheescht, Gyeongsan, Korea, an d'Methoden goufen am Aklang mat de Richtlinnen vun der Ethik Comité vun Yeungnam Universitéit gemaach.
Eeër Inkubatiounsexperimenter goufen mat etabléierte Prozeduren duerchgefouert43. Fir d'Ausbrochraten (HR) ze bewäerten, goufen 1 Deeg al erwuessene Nematoden (ongeféier 100 Weibercher an 100 Männercher) op Petri Platen transferéiert, déi de Pilz enthalen an erlaabt fir 24 Stonnen ze wuessen. Eeër goufen dann isoléiert a behandelt mat 5-Iodindol (0,05 mM an 0,1 mM) oder Avermectin (10 μg / ml) als Suspension an sterilt destilléiert Waasser. Dës Suspensioune (500 μl; ongeféier 100 Eeër) goufen an d'Bunnen vun enger 24-Well Tissuekulturplack transferéiert a bei 22 ° C inkubéiert. L2 Zuelen goufen no 24 h Inkubatioun gemaach, awer goufen als dout ugesinn wann d'Zellen net bewegt sinn wann se mat engem feine Platindrot stimuléiert goufen. Dëst Experiment gouf an zwou Etappen duerchgefouert, all mat sechs Wiederholungen. D'Donnéeë vu béiden Experimenter goufen kombinéiert a presentéiert. De Prozentsaz vun HR gëtt wéi follegt berechent:
Larval Mortalitéit gouf mat virdru entwéckelte Prozeduren bewäert. Nematode Eeër goufen gesammelt an Embryoen goufen synchroniséiert andeems se an sterilt destilléiert Waasser geschleeft ginn fir L2 Stadium Larven ze generéieren. Synchroniséiert Larven (ongeféier 500 Nematoden) goufen mat 5-iodoindole (0,05 mm an 0,1 mm) oder avermectin (10 μg /ml) behandelt an op B. cinerea Petri Placke opgewuess. No 48 h Inkubatioun bei 22 ° C, goufen Nematoden an sterilt destilléiert Waasser gesammelt a fir d'Präsenz vu L2, L3 a L4 Stadien iwwerpréift. D'Präsenz vun L3 an L4 Etappe uginn Larval Transformatioun, wärend d'Präsenz vun der L2 Etapp keng Transformatioun uginn. D'Biller goufen mam iRiS ™ Digital Cell Imaging System kaaft. Dëst Experiment gouf an zwou Etappen duerchgefouert, all mat sechs Wiederholungen. D'Donnéeë vu béiden Experimenter goufen kombinéiert a presentéiert.
D'Toxizitéit vun 5-iodoindol an avermectin zu Some war mat germination Tester op Murashige an Skoog agar plates bewäert.62 B. oleracea an R. raphanistrum Some goufen éischt an steril destilléiert Waasser fir een Dag getäuscht, mat 1 ml 100% kommerziell Ethanol wäschen, 50% sodium 1 ml bleach (50% chloritis) 15 min, a fënnef Mol mat 1 ml sterilt Waasser gewascht. D'steriliséiert Somen goufen dann op Keimung Agar Placke gedréckt mat 0,86 g /l (0,2X) Murashige a Skoog Medium an 0,7% bakteriologesch Agar mat oder ouni 5-iodoindole oder avermectin. D'Placke goufen dann bei 22 ° C inkubéiert, a Biller goufen no 3 Deeg Inkubatioun geholl. Dëst Experiment gouf an zwou Etappen duerchgefouert, all vun deenen sechs Wiederholungen haten.
Post Zäit: Februar-26-2025