Sesquiterpenos fosanos con actividad fitotóxica en Ligustrum chuanxiong
La fitoalelopatía se refiere a la liberación de sustancias químicas de una planta al medio ambiente, que directa o indirectamente tienen efectos perjudiciales o beneficiosos sobre otra planta. La liberación de sustancias alelopáticas es una estrategia de supervivencia desarrollada por especies en hábitats especiales para obtener ventajas ecológicas. Puede afectar al crecimiento de otras plantas y a la sucesión de comunidades vegetales en el mismo hábitat, e incluso afectar al patrón de distribución y a la biodiversidad de las poblaciones vegetales de la región. El desarrollo de herbicidas naturales respetuosos con el medio ambiente que utilicen sustancias alelopáticas como compuestos principales es actualmente un tema candente de investigación, entre los que los sesquiterpenos tienen un gran potencial.
Varias plantas del género Ligularia de la familia Asteraceae, como L. virgaurea, L. macrophylla y L. sagitta, presentan una importante actividad alelopática. Los sesquiterpenos se consideran los principales componentes activos alelopáticos de estas plantas y a menudo presentan actividad fitotóxica. La planta L. cymbulifera, perteneciente a este género, está ampliamente distribuida en las montañas de Hengduan y crece densamente en prados alpinos a 2000-4000 m en la zona de Shangri La de la provincia de Yunnan. Es una especie dominante en los pastos alpinos locales. Los principales metabolitos secundarios de Ligularia angustifolia son sesquiterpenos, sesquiterpenos reductores del carbono, sesquiterpenos bisabolanos y alcaloides pirrolizidínicos. En la fase inicial, el equipo de investigación aisló y detectó múltiples sesquiterpenos con actividad tóxica para las plantas a partir de sus raíces y del suelo de la rizosfera. Los resultados experimentales sugieren que es probable que Ligustrum chuanxiong sintetice y libere en el suelo alrededor de la rizosfera sesquiterpenos de la clase de los taxanos, como potenciales sustancias alelopáticas que interfieren sinérgicamente en la germinación y el crecimiento de las semillas de otras plantas, ayudando así a Ligustrum chuanxiong a obtener ventajas ecológicas en las montañas de Hengduan. Con el fin de buscar más sustancias alelopáticas potenciales y seguir estudiando sus mecanismos de acción, así como de seleccionar compuestos líderes para el desarrollo de herbicidas naturales respetuosos con el medio ambiente, este estudio continúa investigando los sesquiterpenos fitotóxicos de la clase de los foranos en Ligularia baicalensis.

En este artículo se aislaron 13 sesquiterpenos de la fracción metanólica 95% de la raíz de Ligustrum chuanxiong, incluido el compuesto 1, que es un nuevo alcaloide sesquiterpénico de tipo eremofilano-12,8-lactama; Los compuestos 2-5 son eremofilano-12,8-ólidos, un tipo de sesquiterpeno perteneciente a la clase de los foshanes; los compuestos 6-10 son eremofilano-14,6-ólidos, un tipo de sesquiterpeno de la clase de los foshanes; los compuestos 11, 12 y 13 son furanemofilano, un tipo de sesquiterpeno furaneno (véase la Figura 1). Se investigó la actividad tóxica para las plantas de los compuestos mencionados y los resultados mostraron que los compuestos 1-13 no tenían actividad inhibidora sobre la germinación de las semillas de Arabidopsis, pero todos mostraban cierta actividad inhibidora sobre el crecimiento de las raíces de las semillas de Arabidopsis, y algunos compuestos podían adelantar el tiempo de germinación de las semillas en 1-2 días en comparación con el grupo de control en blanco a bajas concentraciones. Este resultado es coherente con la literatura: los sesquiterpenos tienen una actividad más fuerte en la inhibición de la elongación de la raíz que en la inhibición de la germinación de las semillas, y los compuestos tóxicos para las plantas con potencial alelopático a menudo muestran un efecto promotor sobre la germinación de las semillas a bajas concentraciones. Estudios recientes han demostrado que las plantas han desarrollado una nueva estrategia denominada "germinación suicida" o "estrategia honeypot" para combatir las plantas parásitas: las sustancias alelopáticas liberadas por las plantas huésped, como las Strigolactonas (SLs), pueden inducir y estimular la germinación de las semillas de plantas parásitas, como Striga spp. y Orobanche spp. y Orobanche spp. Si se cultivan en un entorno sin planta huésped, estas semillas germinadas acelerarán su muerte por falta de suministro de nutrientes, reduciendo así la reserva de semillas de plantas parásitas en el suelo. Frente a las complejas presiones medioambientales, las sustancias alelopáticas suelen desempeñar múltiples funciones ecológicas. Los resultados de este experimento sugieren que, además de inhibir directamente la germinación y el crecimiento de otras semillas de plantas, los sesquiterpenos de Ligustrum chuanxiong también pueden adoptar una estrategia similar a la "germinación suicida" mencionada anteriormente, que consiste en inducir y promover la germinación de otras semillas de plantas y, a continuación, inducir de algún modo la muerte de las células de la punta de la raíz, inhibiendo su absorción de nutrientes y acelerando su muerte, reduciendo así el consumo de nutrientes en el suelo circundante por parte de estas plantas. En la actualidad, no existen informes de investigación similares, y esta especulación necesita una mayor verificación mediante experimentos.

Comparando los efectos de los compuestos 3, 5 y 13 con otros compuestos en la promoción de la germinación temprana de las semillas, los resultados sugieren que la formación de anillos de lactona en la posición 6 y los sustituyentes de la posición 15 pueden afectar al efecto promotor; Si hay 3 cadenas laterales y 10 grupos hidroxilo sustituidos, puede tener un efecto inhibidor; La presencia de una cadena lateral de 6 dígitos puede tener un efecto promotor. Por otra parte, la actividad inhibidora de los compuestos 1-13 sobre el crecimiento de las raíces de Arabidopsis está relacionada con la concentración y la estructura del compuesto (véase la Figura 4). Basándose en los resultados de experimentos anteriores, la actividad inhibidora de los sesquiterpenos de Ligustrum chuanxiong sobre el crecimiento de la raíz de Arabidopsis sigue el siguiente patrón: los sesquiterpenos de tipo furanermophiliane tienen mejor toxicidad para las plantas, y los de tipo furanermophiliane>tipo eremophiliane-14,6-ólidos>tipo eremophiliane-12,8-ólidos>tipo eremophiliane modificado. Comparando las actividades inhibitorias de los compuestos 11, 12 y 13 sobre el crecimiento de la raíz de Arabidopsis, la EC50 del compuesto 13 fue de 44,15 ± 5,21 μ g/mL, mientras que la EC50 de los compuestos 11 y 12 fueron de 2,30 ± 2,92 y 75,62 ± 1,33 μ g/mL, respectivamente. Esto sugiere que la actividad es mejor cuando la posición 6 y 15 sustituyentes de furanermophilane tipo diterpenos no forman anillos de lactona. Comparando las actividades inhibitorias de los compuestos 6-10 sobre el crecimiento de la raíz de Arabidopsis, los compuestos 6 y 9 mostraron una actividad similar, lo que indica que el doble enlace en el anillo A de los sesquiterpenos de tipo eremophilane-14,6-olides tiene poco efecto sobre la toxicidad de las plantas. Comparando las actividades inhibitorias de los compuestos 2-5 sobre el crecimiento de la raíz de Arabidopsis, no hay mucha diferencia de actividad entre los compuestos 2 y 5, lo que indica que los sustituyentes 6º y 15º de los sesquiterpenos tipo eremophilane-12,8-olides forman anillos de lactona, y la presencia de sustituyentes en la 3ª posición tiene poco efecto sobre la actividad. Al comparar las actividades inhibitorias de los compuestos 1 y 3, 3, 5 y 4, 6 y 7, 9 y 10 sobre el crecimiento de la raíz de Arabidopsis, se observó que la toxicidad para las plantas aumentaba cuando había una sustitución hidroxílica en la posición 10, lo que concuerda con los resultados de investigaciones anteriores. El compuesto 13 mostró la mejor actividad tóxica para las plantas en este experimento. A partir del análisis de estructura-actividad anterior, se puede concluir que los sesquiterpenos de tipo furanermofilano que contienen 10 grupos hidroxilo y 6 sustituciones de cadena lateral tienen potencial para servir como compuestos líderes herbicidas naturales respetuosos con el medio ambiente. Por lo tanto, el siguiente paso será buscar más compuestos de este tipo a partir de Ligustrum chuanxiong y cribarlos en busca de compuestos líderes para el desarrollo de herbicidas naturales ecológicos.