Фозановые сесквитерпены с фитотоксической активностью в Ligustrum chuanxiong
Фитоаллелопатия - это выделение химикатов из одного растения в окружающую среду, которые прямо или косвенно оказывают вредное или полезное воздействие на другое растение. Выделение аллелопатических веществ - это стратегия выживания, выработанная видами в особых местах обитания для получения экологических преимуществ. Это может повлиять на рост других растений и сукцессию растительных сообществ в той же среде обитания, и даже повлиять на структуру распределения и биоразнообразие популяций растений в регионе. Разработка экологически чистых природных гербицидов с использованием аллелопатических веществ в качестве ведущих соединений в настоящее время является горячей точкой исследований, среди которых сесквитерпены имеют большой потенциал.
Различные растения рода Ligularia семейства Asteraceae, такие как L. virgaurea, L. macrophylla и L. sagitta, проявляют значительную аллелопатическую активность. Сесквитерпены считаются основными аллелопатическими активными компонентами в этих растениях и часто проявляют фитотоксическую активность. Растение L. cymbulifera, принадлежащее к этому роду, широко распространено в горах Хэндуань и густо растет на альпийских лугах на высоте 2000-4000 м в районе Шангри Ла в провинции Юньнань. Это доминирующий вид на местных альпийских пастбищах. Основными вторичными метаболитами Ligularia angustifolia являются сесквитерпены, углеродсодержащие сесквитерпены, бисаболановые сесквитерпены и пирролизидиновые алкалоиды. На начальном этапе исследовательская группа выделила и обнаружила из корней и ризосферы растения многочисленные сесквитерпены, обладающие токсической активностью. Результаты эксперимента позволяют предположить, что сесквитерпены класса таксанов, вероятно, синтезируются и выделяются в почву вокруг ризосферы Ligustrum chuanxiong как потенциальные аллелопатические вещества, которые синергетически препятствуют прорастанию и росту семян других растений, тем самым помогая Ligustrum chuanxiong получить экологические преимущества в горах Хэндуань. В целях поиска новых потенциальных аллелопатических веществ и дальнейшего изучения механизмов их действия, а также отбора ведущих соединений для разработки экологически чистых природных гербицидов, в данной работе продолжается изучение фитотоксичных сесквитерпенов класса форанов в Ligularia baicalensis.

В данной статье из метанольной фракции 95% корня Ligustrum chuanxiong выделено 13 сесквитерпенов, включая соединение 1, которое представляет собой новый сесквитерпеновый алкалоид эремофилан-12,8-лактамного типа; Соединения 2-5 представляют собой эремофилан-12,8-олиды, тип сесквитерпенов, относящихся к классу фошанов; Соединения 6-10 представляют собой эремофилан-14,6-олиды типа сесквитерпенов класса фошанов; Соединения 11, 12 и 13 представляют собой фуранемофилановые сесквитерпены типа фуранов (см. рис. 1). Была исследована токсическая активность вышеуказанных соединений для растений, и результаты показали, что соединения 1-13 не обладают ингибирующей активностью в отношении прорастания семян Arabidopsis, но все проявляют определенную ингибирующую активность в отношении роста корней семян Arabidopsis, а некоторые соединения могут ускорить время прорастания семян на 1-2 дня по сравнению с пустой контрольной группой при низких концентрациях. Этот результат согласуется с литературными данными: сесквитерпены обладают более сильной активностью в ингибировании удлинения корней, чем в ингибировании прорастания семян, а токсичные для растений соединения с аллелопатическим потенциалом часто проявляют стимулирующий эффект на прорастание семян при низких концентрациях. Недавние исследования показали, что в борьбе с паразитическими растениями растения выработали новую стратегию, названную "самоубийственным прорастанием" или "стратегией медовой горшки": аллелопатические вещества, выделяемые растениями-хозяевами, такие как стриголактоны (SLs), могут вызывать и стимулировать прорастание семян паразитических растений, таких как Striga spp. Если их выращивать в среде без растения-хозяина, то проросшие семена ускорят свою гибель из-за недостатка питательных веществ, тем самым уменьшая запас семян паразитических растений в почве. В условиях сложного экологического давления аллелопатические вещества часто играют несколько экологических ролей. Результаты этого эксперимента позволяют предположить, что помимо прямого ингибирования прорастания и роста семян других растений, сесквитерпены в Ligustrum chuanxiong могут также использовать стратегию, аналогичную "самоубийственному прорастанию", упомянутому выше, которая заключается в том, чтобы вызывать и способствовать прорастанию семян других растений, а затем вызывать гибель клеток кончика корня определенным образом, подавляя поглощение ими питательных веществ и ускоряя их смерть, тем самым уменьшая потребление питательных веществ в окружающей почве этими растениями. В настоящее время нет сообщений о подобных исследованиях, и это предположение нуждается в дальнейшей проверке с помощью экспериментов.

Сравнение эффектов соединений 3, 5 и 13 с другими соединениями на стимулирование раннего прорастания семян показало, что образование лактонных колец в 6-положении и 15-позиционные заместители могут влиять на стимулирующий эффект; если имеется 3 боковые цепи и 10 гидроксильных групп, то это может иметь ингибирующий эффект; наличие 6-значной боковой цепи может иметь стимулирующий эффект. С другой стороны, ингибирующая активность соединений 1-13 на рост корней арабидопсиса зависит от концентрации и структуры соединения (см. рис. 4). Исходя из результатов предыдущих экспериментов, ингибирующая активность сесквитерпенов из Ligustrum chuanxiong на рост корней Arabidopsis выглядит следующим образом: сесквитерпены фуранермофильного типа обладают лучшей токсичностью для растений, а фуранермофильный тип>эремофильный-14,6-олидный тип>эремофильный-12,8-олидный тип>модифицированный эремофильный тип. При сравнении ингибирующей активности соединений 11, 12 и 13 на рост корней Arabidopsis, EC50 соединения 13 составила 44,15 ± 5,21 мк г/мл, в то время как EC50 соединений 11 и 12 составила 2,30 ± 2,92 и 75,62 ± 1,33 мк г/мл, соответственно. Это говорит о том, что активность выше, когда 6- и 15-положение заместителей дитерпенов фуранермофиланового типа не образуют лактонных колец. При сравнении ингибирующей активности соединений 6-10 на рост корней Arabidopsis, соединения 6 и 9 показали сходную активность, что указывает на то, что двойная связь в кольце A эремофилан-14,6-олидов типа сесквитерпенов оказывает незначительное влияние на токсичность растений. Сравнение ингибирующей активности соединений 2-5 в отношении роста корней Arabidopsis показало, что активность соединений 2 и 5 не сильно отличается, что указывает на то, что 6-й и 15-й заместители в сесквитерпенах типа эремофилан-12,8-олидов образуют лактонные кольца, а наличие заместителей в 3-м положении мало влияет на активность. Сравнивая ингибирующую активность соединений 1 и 3, 3, 5 и 4, 6 и 7, 9 и 10 на рост корней Arabidopsis, было обнаружено, что токсичность для растений усиливалась при наличии гидроксильного заместителя в положении 10, что согласуется с результатами предыдущих исследований. Соединение 13 показало наилучшую токсичность для растений в этом эксперименте. Из приведенного выше анализа структуры и активности можно сделать вывод, что сесквитерпены фуранермофиланового типа, содержащие 10 гидроксильных групп и 6 заместителей в боковой цепи, потенциально могут служить экологически чистыми природными гербицидными соединениями. Поэтому следующим шагом будет поиск других соединений такого типа из Ligustrum chuanxiong и скрининг ведущих соединений для разработки экологически чистых природных гербицидов.