Fitotoxikus aktivitású foszán-szeszkviterpének a Ligustrum chuanxiong-ban
A fitoallelopátia az egyik növényből a környezetbe kerülő olyan vegyi anyagok kibocsátására utal, amelyek közvetlenül vagy közvetve káros vagy előnyös hatást gyakorolnak egy másik növényre. Az allelopatikus anyagok kibocsátása olyan túlélési stratégia, amelyet a különleges élőhelyeken élő fajok fejlesztettek ki ökológiai előnyök megszerzése érdekében. Ez befolyásolhatja más növények növekedését és a növényközösségek szukcesszióját ugyanabban az élőhelyen, sőt, akár a régió növénypopulációinak elterjedési mintázatát és biodiverzitását is befolyásolhatja. Az allelopatikus anyagokat vezető vegyületként használó környezetbarát természetes herbicidek kifejlesztése jelenleg a kutatás egyik forró pontja, amelyek közül a szeszkviterpének nagy potenciállal rendelkeznek.
Az Asteraceae családba tartozó Ligularia nemzetség különböző növényei, mint például a L. virgaurea, L. macrophylla és L. sagitta, jelentős allelopatikus aktivitást mutatnak. A szeszkviterpéneket tekintik a fő allelopatikus aktív komponenseknek ezekben a növényekben, és gyakran fitotoxikus aktivitást mutatnak. Az e nemzetséghez tartozó L. cymbulifera növény széles körben elterjedt a Hengduan-hegységben, és sűrűn nő a 2000-4000 m magasan fekvő alpesi réteken, Yunnan tartomány Shangri La területén. A helyi alpesi legelők domináns faja. A Ligularia angustifolia fő másodlagos anyagcseretermékei a szeszkviterpének, szén redukáló szeszkviterpének, biszabolán szeszkviterpének és pirroliziding alkaloidok. A korai szakaszban a kutatócsoport több, növénytoxikus hatású szeszkviterpént izolált és mutatott ki a gyökerekből és a rizoszféra talajából. A kísérleti eredmények arra utalnak, hogy a taxán osztályba tartozó szeszkviterpéneket valószínűleg a Ligustrum chuanxiong szintetizálja és bocsátja ki a talajba a rizoszféra körül, mint potenciális allelopatikus anyagokat, amelyek szinergikusan zavarják más növényi magvak csírázását és növekedését, ezáltal segítve a Ligustrum chuanxiong-ot ökológiai előnyök megszerzésében a Hengduan-hegységben. További potenciális allelopatikus anyagok felkutatása és hatásmechanizmusuk további tanulmányozása, valamint a környezetbarát természetes herbicidek kifejlesztéséhez szükséges vezető vegyületek szűrése érdekében ez a tanulmány folytatja a Ligularia baicalensisben található, a fórán osztályba tartozó fitotoxikus szeszkviterpének vizsgálatát.

Ebben a cikkben 13 szeszkviterpént izoláltak a Ligustrum chuanxiong gyökér 95% metanol frakciójából, köztük az 1. vegyületet, amely egy új eremofilán-12,8-laktám típusú szeszkviterpén alkaloid; A 2-5 vegyületek eremofilán-12,8-olídok, a Foshane-osztályba tartozó szeszkviterpének; a 6-10 vegyületek a Foshane-osztályba tartozó eremofilán-14,6-olíd típusú szeszkviterpének; a 11, 12 és 13 vegyületek furanemofilán típusú furán szeszkviterpének (lásd az 1. ábrát). A fenti vegyületek növénytoxicitási aktivitását vizsgáltuk, és az eredmények azt mutatták, hogy az 1-13 vegyületek nem mutattak gátló hatást az Arabidopsis magok csírázására, de mindegyikük bizonyos gátló hatást mutatott az Arabidopsis magok gyökérnövekedésére, és néhány vegyület alacsony koncentrációban 1-2 nappal előbbre hozta a magok csírázási idejét, mint a vak kontrollcsoport. Ez az eredmény összhangban van a szakirodalommal: a szeszkviterpének erősebb aktivitást mutatnak a gyökérnyúlás gátlásában, mint a magcsírázás gátlásában, és az allelopatikus potenciállal rendelkező növénytoxikus vegyületek alacsony koncentrációban gyakran mutatnak elősegítő hatást a magcsírázásra. A legújabb vizsgálatok kimutatták, hogy a növények egy új stratégiát fejlesztettek ki, amelyet "öngyilkos csírázásnak" vagy "mézesmadzag-stratégiának" neveznek a parazita növények elleni küzdelemben: a gazdanövények által kibocsátott allelopatikus anyagok, mint például a sztrigolaktonok (SL), indukálhatják és serkenthetik a parazita növények, például a Striga spp. magcsírázását. és az Orobanche spp. Ha gazdanövény nélküli környezetben termesztik, ezek a csírázó magvak a tápanyagellátás hiánya miatt gyorsabban elpusztulnak, ezáltal csökkentve a talajban lévő parazita növénymagok tartalékát. Az összetett környezeti nyomással szemben az allelopatikus anyagok gyakran többféle ökológiai szerepet játszanak. E kísérlet eredményei arra utalnak, hogy a Ligustrum chuanxiongban található szeszkviterpének a más növényi magvak csírázásának és növekedésének közvetlen gátlásán túlmenően a fent említett "öngyilkos csírázáshoz" hasonló stratégiát is alkalmazhatnak, azaz más növényi magvak csírázását indukálják és elősegítik, majd valamilyen módon a gyökércsúcs sejtjeinek halálát idézik elő, gátolva azok tápanyagfelvételét és felgyorsítva halálukat, ezáltal csökkentve ezen növények tápanyagfelvételét a környező talajban. Jelenleg nincsenek hasonló kutatási jelentések, és ez a feltételezés további kísérletekkel történő igazolást igényel.

A 3., 5. és 13. vegyületek és más vegyületek korai magcsírázást elősegítő hatását összehasonlítva az eredmények arra utalnak, hogy a 6-os és 15-ös pozícióban lévő laktongyűrűk és a 15-ös pozícióban lévő szubsztituensek kialakulása befolyásolhatja a promóciós hatást; Ha 3 oldallánc és 10 hidroxilcsoport van szubsztituálva, akkor gátló hatása lehet; A 6-os oldallánc jelenléte elősegítő hatású lehet. Másrészt az 1-13 vegyületek Arabidopsis gyökérnövekedésre gyakorolt gátló hatása a vegyület koncentrációjával és szerkezetével függ össze (lásd a 4. ábrát). A korábbi kísérletek eredményei alapján a Ligustrum chuanxiongból származó szeszkviterpének Arabidopsis gyökérnövekedésre gyakorolt gátló hatása a következő mintázatot követi: a furanermophiliane típusú szeszkviterpének jobb növényi toxicitással rendelkeznek, és furanermophiliane típus>eremophiliane-14,6-olid típus>eremophiliane-12,8-oolid típus>modifikált eremophiliane típus. A 11, 12 és 13 vegyületek Arabidopsis gyökérnövekedést gátló hatását összehasonlítva a 13 vegyület EC50 értéke 44,15 ± 5,21 μ g/ml volt, míg a 11 és 12 vegyületek EC50 értéke 2,30 ± 2,92 és 75,62 ± 1,33 μ g/ml volt. Ez arra utal, hogy az aktivitás jobb, ha a furanermofilán típusú diterpének 6. és 15. pozíciójú szubsztituensei nem alkotnak laktongyűrűt. A 6-10 vegyületek Arabidopsis gyökérnövekedést gátló hatását összehasonlítva a 6. és 9. vegyület hasonló aktivitást mutatott, ami azt jelzi, hogy az eremofilán-14,6-szeszkviterpén típusú szeszkviterpének A gyűrűjében lévő kettős kötésnek kevés hatása van a növényi toxicitásra. A 2-5 vegyületek Arabidopsis gyökérnövekedést gátló aktivitását összehasonlítva, a 2. és 5. vegyület aktivitása között nincs nagy különbség, ami azt jelzi, hogy az eremofilán-12,8-olíd szeszkviterpének 6. és 15. szubsztituensének laktongyűrűket alkotnak, és a 3. pozícióban lévő szubsztituensek jelenléte kevéssé befolyásolja az aktivitást. Az 1. és 3., 3., 5. és 4., 6. és 7., 9. és 10. vegyületek Arabidopsis gyökérnövekedésre gyakorolt gátló hatását összehasonlítva azt találtuk, hogy a növényi toxicitás fokozódott, ha a 10. pozícióban hidroxil szubsztitúció volt, ami összhangban van a korábbi kutatási eredményekkel. A 13. vegyület mutatta a legjobb növénytoxicitási aktivitást ebben a kísérletben. A fenti szerkezet-aktivitás elemzésből arra lehet következtetni, hogy a 10 hidroxilcsoportot és 6 oldallánc-szubsztitúciót tartalmazó furanermofilán típusú szeszkviterpének potenciálisan környezetbarát természetes herbicid vezető vegyületekként szolgálhatnak. Ezért a következő lépés a Ligustrum chuanxiongból további ilyen típusú vegyületek keresése és a környezetbarát természetes herbicidek kifejlesztéséhez szükséges vezető vegyületek szűrése lesz.