Ligustrum chuanxiong'da fitotoksik aktiviteye sahip fosan seskiterpenler
Fitoallelopati, bir bitkiden çevreye doğrudan veya dolaylı olarak başka bir bitki üzerinde zararlı veya faydalı etkileri olan kimyasalların salınması anlamına gelir. Allelopatik maddelerin salınması, ekolojik avantajlar elde etmek için özel habitatlarda türler tarafından geliştirilen bir hayatta kalma stratejisidir. Diğer bitkilerin büyümesini ve aynı habitattaki bitki topluluklarının ardıllığını etkileyebilir ve hatta bölgedeki bitki popülasyonlarının dağılım modelini ve biyoçeşitliliğini etkileyebilir. Allelopatik maddeleri öncü bileşikler olarak kullanan çevre dostu doğal herbisitlerin geliştirilmesi, şu anda seskiterpenlerin büyük potansiyele sahip olduğu bir araştırma noktasıdır.
Asteraceae familyasındaki Ligularia cinsinin L. virgaurea, L. macrophylla ve L. sagitta gibi çeşitli bitkileri önemli allelopatik aktivite sergiler. Seskiterpenler bu bitkilerdeki ana allelopatik aktif bileşenler olarak kabul edilir ve genellikle fitotoksik aktivite sergilerler. Bu cinse ait olan L. cymbulifera bitkisi, Hengduan Dağları'nda yaygın olarak bulunur ve Yunnan Eyaleti'nin Shangri La bölgesinde 2000-4000 m'deki dağ çayırlarında yoğun olarak yetişir. Yerel alpin meralarda baskın bir türdür. Ligularia angustifolia'nın başlıca ikincil metabolitleri seskiterpenler, karbon indirgeyici seskiterpenler, bisabolan seskiterpenler ve piroliziding alkaloidlerdir. Araştırma ekibi erken aşamada, köklerinden ve rizosfer toprağından bitki toksik aktivitesine sahip çok sayıda seskiterpeni izole etmiş ve tespit etmiştir. Deneysel sonuçlar, taksan sınıfındaki seskiterpenlerin Ligustrum chuanxiong tarafından rizosfer çevresindeki toprağa, diğer bitki tohumlarının çimlenmesine ve büyümesine sinerjik olarak müdahale eden potansiyel allelopatik maddeler olarak sentezlenip salınabileceğini ve böylece Ligustrum chuanxiong'un Hengduan Dağları'nda ekolojik avantajlar kazanmasına yardımcı olabileceğini göstermektedir. Daha fazla potansiyel allelopatik madde aramak ve bunların etki mekanizmalarını daha fazla incelemek ve çevre dostu doğal herbisitlerin geliştirilmesi için öncü bileşikleri taramak amacıyla, bu çalışma Ligularia baicalensis'teki phorane sınıfının fitotoksik seskiterpenlerini araştırmaya devam etmektedir.

Bu makalede, Ligustrum chuanxiong kökünün 95% metanol fraksiyonundan, yeni bir eremofilan-12,8-laktam tipi seskiterpen alkaloid olan bileşik 1 de dahil olmak üzere 13 seskiterpen izole edilmiştir; Bileşik 2-5, Foshanes sınıfına ait bir seskiterpen türü olan eremofilan-12,8-olidlerdir; Bileşik 6-10, Foshane sınıfının eremofilan-14,6-olid tipi seskiterpenleridir; Bileşik 11, 12 ve 13, furanemofilan tipi furanen seskiterpenleridir (bkz. Şekil 1). Yukarıdaki bileşiklerin bitki toksisite aktivitesi araştırılmış ve sonuçlar 1-13 bileşiklerinin Arabidopsis tohum çimlenmesi üzerinde inhibitör aktiviteye sahip olmadığını, ancak hepsinin Arabidopsis tohum kök büyümesi üzerinde belirli inhibitör aktivite sergilediğini ve bazı bileşiklerin düşük konsantrasyonlarda boş kontrol grubuna kıyasla tohum çimlenme süresini 1-2 gün uzatabileceğini göstermiştir. Bu sonuç literatürle tutarlıdır: seskiterpenler kök uzamasını engellemede tohum çimlenmesini engellemekten daha güçlü aktiviteye sahiptir ve allelopatik potansiyele sahip bitki toksik bileşikleri genellikle düşük konsantrasyonlarda tohum çimlenmesi üzerinde teşvik edici bir etki gösterir. Son çalışmalar, bitkilerin parazit bitkilerle mücadelede "intihar çimlenmesi" veya "bal küpü stratejisi" adı verilen yeni bir strateji geliştirdiğini göstermiştir: Strigolaktonlar (SL'ler) gibi konukçu bitkiler tarafından salınan allelopatik maddeler, Striga spp. ve Orobanche spp. gibi parazit bitkilerin tohum çimlenmesini tetikleyebilir ve uyarabilir. Konukçu bitkinin olmadığı bir ortamda yetiştirilirse, çimlenen bu tohumlar besin kaynağı eksikliği nedeniyle ölümlerini hızlandıracak ve böylece topraktaki parazit bitki tohum rezervini azaltacaktır. Karmaşık çevresel baskılar karşısında, allelopatik maddeler genellikle birden fazla ekolojik rol oynar. Bu deneyin sonuçları, Ligustrum chuanxiong'daki seskiterpenlerin, diğer bitki tohumlarının çimlenmesini ve büyümesini doğrudan engellemenin yanı sıra, yukarıda bahsedilen "intihar çimlenmesine" benzer bir strateji de benimseyebileceğini göstermektedir; bu strateji, diğer bitki tohumlarının çimlenmesini tetiklemek ve teşvik etmek ve daha sonra kök ucu hücrelerinin ölümünü bir şekilde tetiklemek, besin emilimini engellemek ve ölümlerini hızlandırmak, böylece bu bitkiler tarafından çevredeki topraktaki besin tüketimini azaltmaktır. Şu anda benzer bir araştırma raporu bulunmamaktadır ve bu spekülasyonun deneyler yoluyla daha fazla doğrulanması gerekmektedir.

Bileşik 3, 5 ve 13'ün erken tohum çimlenmesini teşvik etme üzerindeki etkilerini diğer bileşiklerle karşılaştırdığımızda, sonuçlar 6 konumunda lakton halkalarının oluşumunun ve 15. konum sübstitüentlerinin teşvik etkisini etkileyebileceğini göstermektedir; 3 yan zincir ve 10 hidroksil grubu sübstitüe edilmişse, inhibe edici bir etkiye sahip olabilir; 6 basamaklı bir yan zincirin varlığı teşvik edici bir etkiye sahip olabilir. Öte yandan, 1-13 bileşiklerinin Arabidopsis kök büyümesi üzerindeki inhibitör aktivitesi, bileşik konsantrasyonu ve yapısı ile ilişkilidir (bkz. Şekil 4). Önceki deneylerin sonuçlarına dayanarak, Ligustrum chuanxiong'dan elde edilen seskiterpenlerin Arabidopsis kök büyümesi üzerindeki inhibitör aktivitesi aşağıdaki modeli izlemektedir: furanermophiliane tipi seskiterpenler daha iyi bitki toksisitesine sahiptir ve furanermophiliane tipi>eremophiliane-14,6-olides tipi>eremophiliane-12,8-oolides tipi>modifiye eremophiliane tipi. Arabidopsis kök büyümesi üzerinde 11, 12 ve 13 numaralı bileşiklerin inhibitör aktiviteleri karşılaştırıldığında, 13 numaralı bileşiğin EC50 değeri 44,15 ± 5,21 μ g/mL iken, 11 ve 12 numaralı bileşiklerin EC50 değerleri sırasıyla 2,30 ± 2,92 ve 75,62 ± 1,33 μ g/mL'dir. Bu durum, furanermofilan tipi diterpenlerin 6. ve 15. pozisyon sübstitüentleri lakton halkaları oluşturmadığında aktivitenin daha iyi olduğunu göstermektedir. Arabidopsis kök büyümesi üzerinde 6-10 bileşiklerinin inhibitör aktiviteleri karşılaştırıldığında, 6 ve 9 bileşikleri benzer aktivite göstermiştir, bu da eremophilane-14,6-olides tipi seskiterpenlerin A halkası üzerindeki çift bağın bitki toksisitesi üzerinde çok az etkisi olduğunu göstermektedir. 2-5 numaralı bileşiklerin Arabidopsis kök büyümesi üzerindeki inhibitör aktiviteleri karşılaştırıldığında, 2 ve 5 numaralı bileşikler arasında çok fazla aktivite farkı yoktur, bu da eremophilane-12,8-olides sesquiterpenes'in 6. ve 15. sübstitüentlerinin lakton halkaları oluşturduğunu ve 3. pozisyondaki sübstitüentlerin varlığının aktivite üzerinde çok az etkisi olduğunu gösterir. Arabidopsis kök büyümesi üzerinde 1 ve 3, 3, 5 ve 4, 6 ve 7, 9 ve 10 numaralı bileşiklerin inhibitör aktiviteleri karşılaştırıldığında, önceki araştırma sonuçlarıyla tutarlı olarak 10 numaralı pozisyonda bir hidroksil ikamesi olduğunda bitki toksisitesinin arttığı bulunmuştur. Bileşik 13 bu deneyde en iyi bitki toksisite aktivitesini sergilemiştir. Yukarıdaki yapı-aktivite analizinden, 10 hidroksil grubu ve 6 yan zincir sübstitüsyonu içeren furanermofilan tipi seskiterpenlerin çevre dostu doğal herbisit öncü bileşikleri olarak hizmet etme potansiyeline sahip olduğu sonucuna varılabilir. Bu nedenle, bir sonraki adım Ligustrum chuanxiong'dan bu türden daha fazla bileşik aramak ve çevre dostu doğal herbisitlerin geliştirilmesi için öncü bileşikler taramak olacaktır.