పైన్ చెట్లలో నెమటోడ్ వ్యాధిని ప్రేరేపించే కారకాలుగా అయోడిన్ మరియు అవెర్మెక్టిన్‌ల మూల్యాంకనం

పైన్ నెమటోడ్ అనేది క్వారంటైన్ వలస అంతఃపరాన్నజీవి, ఇది పైన్ అటవీ పర్యావరణ వ్యవస్థలలో తీవ్రమైన ఆర్థిక నష్టాలను కలిగిస్తుందని ప్రసిద్ధి చెందింది. ప్రస్తుత అధ్యయనం పైన్ నెమటోడ్‌లపై హాలోజినేటెడ్ ఇండోల్స్ యొక్క నెమటోసైడల్ చర్యను మరియు వాటి చర్య విధానాన్ని సమీక్షిస్తుంది. పైన్ నెమటోడ్‌లపై 5-అయోడోఇండోల్ మరియు అవెర్మెక్టిన్ (పాజిటివ్ కంట్రోల్) యొక్క నెమటోసైడల్ చర్యలు తక్కువ గాఢతలలో (10 μg/mL) ఒకే విధంగా మరియు అధికంగా ఉన్నాయి. 5-అయోడోఇండోల్ ఫలవంతం, పునరుత్పత్తి చర్య, పిండ మరియు లార్వా మరణాలు, మరియు చలన ప్రవర్తనను తగ్గించింది. అకశేరుక-నిర్దిష్ట గ్లూటమేట్-గేటెడ్ క్లోరైడ్ ఛానల్ గ్రాహకాలతో లిగాండ్‌ల యొక్క పరమాణు పరస్పర చర్యలు, 5-అయోడోఇండోల్, అవెర్మెక్టిన్ వలె, గ్రాహక క్రియాశీల ప్రదేశానికి గట్టిగా బంధిస్తుందనే భావనకు మద్దతు ఇస్తున్నాయి. 5-అయోడోఇండోల్ నెమటోడ్‌లలో అసాధారణ అవయవ పతనం/సంకోచం మరియు పెరిగిన వాక్యోలైజేషన్‌తో సహా వివిధ ఫినోటైపిక్ వైకల్యాలను కూడా ప్రేరేపించింది. ఈ ఫలితాలు నెమటోడ్ మిథైలేషన్-మధ్యవర్తిత్వ మరణంలో వాక్యోల్స్ పాత్ర పోషించవచ్చని సూచిస్తున్నాయి. ముఖ్యంగా, 5-అయోడోఇండోల్ రెండు మొక్కల జాతులకు (క్యాబేజీ మరియు ముల్లంగి) విషపూరితం కాదు. అందువల్ల, పర్యావరణ పరిస్థితులలో అయోడోఇండోల్ వాడకం పైన్ విల్ట్ గాయాన్ని నియంత్రించగలదని ఈ అధ్యయనం నిరూపిస్తుంది.
పైన్ వుడ్ నెమటోడ్ (బర్సాఫెలెంచస్ జైలోఫిలస్) అనేది పైన్ వుడ్ నెమటోడ్స్ (PWN) కు చెందినది. ఇది వలస వెళ్లే అంతః పరాన్నజీవి నెమటోడ్, ఇది పైన్ అడవుల పర్యావరణ వ్యవస్థలకు తీవ్రమైన పర్యావరణ నష్టాన్ని కలిగిస్తుందని ప్రసిద్ధి చెందింది¹. పైన్ వుడ్ నెమటోడ్ వల్ల కలిగే పైన్ విల్ట్ వ్యాధి (PWD), ఆసియా మరియు యూరప్‌తో సహా అనేక ఖండాలలో తీవ్రమైన సమస్యగా మారుతోంది. ఉత్తర అమెరికాలో, ఈ నెమటోడ్ ప్రవేశపెట్టబడిన పైన్ జాతులను నాశనం చేస్తుంది¹,². పైన్ చెట్ల క్షీణత ఒక ప్రధాన ఆర్థిక సమస్య, మరియు ఇది ప్రపంచవ్యాప్తంగా వ్యాపించే అవకాశం ఆందోళన కలిగిస్తోంది³. ఈ క్రింది పైన్ జాతులపై ఈ నెమటోడ్ ఎక్కువగా దాడి చేస్తుంది: పైనస్ డెన్సిఫ్లోరా, పైనస్ సిల్వెస్ట్రిస్, పైనస్ థన్‌బెర్గి, పైనస్ కొరైయెన్సిస్, పైనస్ థన్‌బెర్గి, పైనస్ థన్‌బెర్గి, మరియు పైనస్ రేడియేటా⁴. పైన్ నెమటోడ్ ఒక తీవ్రమైన వ్యాధి, ఇది సోకిన వారాలు లేదా నెలల్లోనే పైన్ చెట్లను చంపగలదు. అంతేకాకుండా, వివిధ రకాల పర్యావరణ వ్యవస్థలలో పైన్ నెమటోడ్ వ్యాప్తి సాధారణం, కాబట్టి నిరంతర సంక్రమణ గొలుసులు ఏర్పడ్డాయి¹.
బర్సాఫెలెంచస్ జైలోఫిలస్ అనేది అఫెలెంచాయిడియా సూపర్‌ఫ్యామిలీ మరియు క్లేడ్ 102.5కు చెందిన ఒక క్వారంటైన్ మొక్కల-పరాన్నజీవి నెమటోడ్. ఈ నెమటోడ్ శిలీంధ్రాలను తింటుంది మరియు పైన్ చెట్ల కలప కణజాలాలలో పునరుత్పత్తి చేస్తుంది, నాలుగు విభిన్న లార్వా దశలుగా అభివృద్ధి చెందుతుంది: L1, L2, L3, L4 మరియు ఒక వయోజన జీవి¹,6. ఆహార కొరత పరిస్థితులలో, పైన్ నెమటోడ్ ఒక ప్రత్యేకమైన లార్వా దశ అయిన డాయర్‌లోకి మారుతుంది, ఇది దాని వాహకమైన పైన్ బెరడు బీటిల్ (మోనోకామస్ ఆల్టర్నేటస్)పై పరాన్నజీవిగా జీవిస్తుంది మరియు ఆరోగ్యకరమైన పైన్ చెట్లకు బదిలీ చేయబడుతుంది. ఆరోగ్యకరమైన ఆతిథేయ మొక్కలలో, నెమటోడ్‌లు మొక్కల కణజాలాల గుండా వేగంగా వలస వెళ్లి పారెన్‌కైమా కణాలను తింటాయి, ఇది సంక్రమణ జరిగిన ఒక సంవత్సరంలోపు అనేక అతిసున్నితత్వ ప్రతిచర్యలు, పైన్ వాడిపోవడం మరియు మరణానికి దారితీస్తుంది¹,7,8.
పైన్ నెమటోడ్‌ల జీవ నియంత్రణ చాలా కాలంగా ఒక సవాలుగా ఉంది, దీనికి సంబంధించిన క్వారంటైన్ చర్యలు 20వ శతాబ్దం నాటివే. పైన్ నెమటోడ్‌లను నియంత్రించడానికి ప్రస్తుత వ్యూహాలలో ప్రధానంగా రసాయన చికిత్సలు ఉంటాయి, వీటిలో కలపకు పొగ పెట్టడం మరియు చెట్ల కాండాలలో నెమటిసైడ్‌లను అమర్చడం వంటివి ఉన్నాయి. అత్యంత సాధారణంగా ఉపయోగించే నెమటిసైడ్‌లు అవెర్మెక్టిన్ మరియు అవెర్మెక్టిన్ బెంజోయేట్, ఇవి అవెర్మెక్టిన్ కుటుంబానికి చెందినవి. ఈ ఖరీదైన రసాయనాలు అనేక నెమటోడ్ జాతులపై అత్యంత ప్రభావవంతంగా పనిచేస్తాయి మరియు పర్యావరణానికి సురక్షితమైనవిగా పరిగణించబడతాయి9. అయితే, ఈ నెమటిసైడ్‌లను పదేపదే ఉపయోగించడం వల్ల ఎంపిక ఒత్తిడి ఏర్పడుతుందని భావిస్తున్నారు, ఇది దాదాపుగా నిరోధకత కలిగిన పైన్ నెమటోడ్‌ల ఆవిర్భావానికి దారితీస్తుంది. లెప్టినోటార్సా డెసెమ్‌లైనియాటా, ప్లుటెల్లా జిలోస్టెల్లా మరియు ట్రైకోస్ట్రాంగైలస్ కొలుబ్రిఫార్మిస్ మరియు ఓస్టెర్టాజియా సర్కమ్‌సింక్టా వంటి నెమటోడ్‌ల విషయంలో ఇది నిరూపించబడింది, ఇవి క్రమంగా అవెర్మెక్టిన్‌లకు నిరోధకతను పెంచుకున్నాయి10,11,12. అందువల్ల, PVDని నియంత్రించడానికి ప్రత్యామ్నాయ, తక్కువ ఖర్చుతో కూడిన మరియు పర్యావరణ అనుకూల చర్యలను కనుగొనడానికి నిరోధక నమూనాలను క్రమం తప్పకుండా అధ్యయనం చేయడం మరియు నెమటిసైడ్‌లను నిరంతరం పరీక్షించడం అవసరం. ఇటీవలి దశాబ్దాలలో, అనేక మంది రచయితలు మొక్కల సారాలు, ముఖ్యమైన నూనెలు మరియు అస్థిర పదార్థాలను నెమటోడ్ నియంత్రణ కారకాలుగా ఉపయోగించాలని ప్రతిపాదించారు¹³,¹⁴,¹⁵,¹⁶.
మేము ఇటీవల సీనోరాబ్డిటిస్ ఎలిగాన్స్ 17 లో, కణాల మధ్య మరియు వివిధ రాజ్యాల మధ్య సంకేతాలు పంపే అణువైన ఇండోల్ యొక్క నెమటోసైడల్ చర్యను ప్రదర్శించాము. ఇండోల్ అనేది సూక్ష్మజీవుల జీవావరణ శాస్త్రంలో విస్తృతంగా ఉండే ఒక అంతఃకణ సంకేతం. ఇది సూక్ష్మజీవుల శరీరధర్మ శాస్త్రం, బీజాంశాల నిర్మాణం, ప్లాస్మిడ్ స్థిరత్వం, ఔషధ నిరోధకత, బయోఫిల్మ్ నిర్మాణం మరియు వ్యాధికారకత 18, 19 వంటి అనేక విధులను నియంత్రిస్తుంది. ఇతర వ్యాధికారక నెమటోడ్‌లపై ఇండోల్ మరియు దాని ఉత్పన్నాల చర్యను అధ్యయనం చేయలేదు. ఈ అధ్యయనంలో, మేము పైన్ నెమటోడ్‌లపై 34 ఇండోల్‌ల యొక్క నెమటోసైడల్ చర్యను పరిశోధించాము మరియు మైక్రోస్కోపీ, టైమ్-లాప్స్ ఫోటోగ్రఫీ మరియు మాలిక్యులర్ డాకింగ్ ప్రయోగాలను ఉపయోగించి అత్యంత శక్తివంతమైన 5-అయోడోఇండోల్ యొక్క చర్య విధానాన్ని వివరించాము. అలాగే, విత్తన అంకురోత్పత్తి పరీక్షను ఉపయోగించి మొక్కలపై దాని విష ప్రభావాలను అంచనా వేశాము.
ఇండోల్ యొక్క అధిక గాఢతలు (>1.0 mM) నెమటోడ్‌లపై నెమటిసైడల్ ప్రభావాన్ని కలిగి ఉన్నాయని గతంలో నివేదించబడింది¹⁷. 1 mM వద్ద ఇండోల్ లేదా 33 విభిన్న ఇండోల్ ఉత్పన్నాలతో B. xylophilus (మిశ్రమ జీవిత దశలు)కు చికిత్స చేసిన తర్వాత, నియంత్రణ మరియు చికిత్స పొందిన సమూహాలలో జీవించి ఉన్న మరియు చనిపోయిన నెమటోడ్‌లను లెక్కించడం ద్వారా B. xylophilus యొక్క మరణాన్ని కొలిచారు. ఐదు ఇండోల్స్ గణనీయమైన నెమటిసైడల్ చర్యను ప్రదర్శించాయి; 24 గంటల తర్వాత చికిత్స చేయని నియంత్రణ సమూహం యొక్క మనుగడ 95 ± 7%గా ఉంది. పరీక్షించిన 34 ఇండోల్స్‌లో, 1 mM వద్ద 5-అయోడోఇండోల్ మరియు 4-ఫ్లోరోఇండోల్ 100% మరణానికి కారణమయ్యాయి, అయితే 5,6-డైఫ్లోరోఇండిగో, మిథైలిండోల్-7-కార్బాక్సిలేట్ మరియు 7-అయోడోఇండోల్ సుమారుగా 50% మరణానికి కారణమయ్యాయి (పట్టిక 1).
పైన్ వుడ్ నెమటోడ్ యొక్క వాక్యోల్ నిర్మాణం మరియు జీవక్రియపై 5-అయోడోఇండోల్ ప్రభావం. (A) వయోజన మగ నెమటోడ్‌లపై అవర్‌మెక్టిన్ మరియు 5-అయోడోఇండోల్ ప్రభావం, (B) L1 దశ నెమటోడ్ గుడ్లు మరియు (C) B. జైలోఫిలస్ యొక్క జీవక్రియ, (i) 0 గంటల వద్ద వాక్యోల్స్ గమనించబడలేదు, చికిత్స ఫలితంగా (ii) వాక్యోల్స్, (iii) బహుళ వాక్యోల్స్ పేరుకుపోవడం, (iv) వాక్యోల్స్ ఉబ్బడం, (v) వాక్యోల్స్ కలవడం మరియు (vi) భారీ వాక్యోల్స్ ఏర్పడటం జరిగింది. ఎరుపు బాణాలు వాక్యోల్స్ ఉబ్బడాన్ని, నీలం బాణాలు వాక్యోల్స్ కలవడాన్ని మరియు నలుపు బాణాలు భారీ వాక్యోల్స్‌ను సూచిస్తాయి. స్కేల్ బార్ = 50 μm.
అదనంగా, ఈ అధ్యయనం పైన్ నెమటోడ్‌లలో మీథేన్-ప్రేరిత మరణం యొక్క క్రమబద్ధమైన ప్రక్రియను కూడా వివరించింది (చిత్రం 4C). మీథేనోజెనిక్ మరణం అనేది అపోప్టోటిక్ కాని ఒక రకమైన కణ మరణం, ఇది ప్రముఖ సైటోప్లాస్మిక్ వాక్యోల్స్ పేరుకుపోవడంతో సంబంధం కలిగి ఉంటుంది27. పైన్ నెమటోడ్‌లలో గమనించిన స్వరూప లోపాలు మీథేన్-ప్రేరిత మరణం యొక్క యంత్రాంగంతో దగ్గరి సంబంధం కలిగి ఉన్నట్లు కనిపిస్తున్నాయి. వివిధ సమయాల్లో సూక్ష్మదర్శిని పరీక్షలో, 5-అయోడోఇండోల్ (0.1 mM)కు 20 గంటల పాటు గురిచేసిన తర్వాత పెద్ద వాక్యోల్స్ ఏర్పడ్డాయని తేలింది. 8 గంటల చికిత్స తర్వాత సూక్ష్మదర్శిని వాక్యోల్స్ గమనించబడ్డాయి, మరియు 12 గంటల తర్వాత వాటి సంఖ్య పెరిగింది. 14 గంటల తర్వాత అనేక పెద్ద వాక్యోల్స్ గమనించబడ్డాయి. 12–16 గంటల చికిత్స తర్వాత అనేక సంలీనమైన వాక్యోల్స్ స్పష్టంగా కనిపించాయి, ఇది వాక్యోల్ సంలీనమే మీథేనోజెనిక్ మరణ యంత్రాంగానికి ఆధారం అని సూచిస్తుంది. 20 గంటల తర్వాత, పురుగు అంతటా అనేక పెద్ద వాక్యోల్స్ కనుగొనబడ్డాయి. ఈ పరిశీలనలు C. elegans లో మెటుయోసిస్ యొక్క మొదటి నివేదికను సూచిస్తాయి.
5-అయోడోఇండోల్‌తో చికిత్స పొందిన పురుగులలో, పురుగు వంగిపోవడం మరియు వాక్యోల్‌లు పరిసరాల్లోకి విడుదల కావడం ద్వారా వాక్యోల్‌ల సమూహం ఏర్పడటం మరియు అవి పగిలిపోవడం కూడా గమనించబడింది (పటం 5). సాధారణంగా పొదిగే సమయంలో L2 ద్వారా చెక్కుచెదరకుండా సంరక్షించబడే గుడ్డు పెంకు పొరలో కూడా వాక్యోల్ విచ్ఛిన్నం గమనించబడింది (అనుబంధ పటం S2). ఈ పరిశీలనలు వాక్యోల్ ఏర్పడటం మరియు చీము పట్టే ప్రక్రియలో ద్రవ సంచయం, ఆస్మోరెగ్యులేటరీ వైఫల్యం, అలాగే పునరుద్ధరించగల కణ గాయం (RCI) యొక్క ప్రమేయాన్ని బలపరుస్తున్నాయి (పటం 5).
గమనించిన వాక్యోల్ ఏర్పడటంలో అయోడిన్ పాత్రను ఊహించి, మేము సోడియం అయోడైడ్ (NaI) మరియు పొటాషియం అయోడైడ్ (KI) యొక్క నెమటోసైడల్ చర్యను పరిశోధించాము. అయితే, 0.1, 0.5 లేదా 1 mM గాఢతలలో, అవి నెమటోడ్ మనుగడను గానీ లేదా వాక్యోల్ ఏర్పడటాన్ని గానీ ప్రభావితం చేయలేదు (అనుబంధ చిత్రం S5), అయినప్పటికీ 1 mM KI స్వల్ప నెమటోసైడల్ ప్రభావాన్ని చూపింది. మరోవైపు, 5-అయోడోఇండోల్ వలె, 7-అయోడోఇండోల్ (1 లేదా 2 mM) కూడా బహుళ వాక్యోల్స్ మరియు నిర్మాణ వైకల్యాలను ప్రేరేపించింది (అనుబంధ చిత్రం S6). ఈ రెండు అయోడోఇండోల్స్ పైన్ నెమటోడ్లలో సారూప్య ఫినోటైపిక్ లక్షణాలను చూపించాయి, అయితే NaI మరియు KI అలా చూపించలేదు. ఆసక్తికరంగా, పరీక్షించిన గాఢతలలో ఇండోల్ B. xylophilusలో వాక్యోల్ ఏర్పడటాన్ని ప్రేరేపించలేదు (డేటా చూపబడలేదు). ఈ విధంగా, ఇండోల్-అయోడిన్ కాంప్లెక్స్ B. xylophilus యొక్క వాక్యోలైజేషన్ మరియు జీవక్రియకు కారణమని ఫలితాలు నిర్ధారించాయి.
నెమటిసైడల్ చర్య కోసం పరీక్షించిన ఇండోల్స్‌లో, 5-అయోడోఇండోల్ అత్యధిక స్లిప్ ఇండెక్స్ -5.89 kcal/molను కలిగి ఉంది, దాని తర్వాత 7-అయోడోఇండోల్ (-4.48 kcal/mol), 4-ఫ్లోరోఇండోల్ (-4.33), మరియు ఇండోల్ (-4.03) ఉన్నాయి (పటం 6). ల్యూసిన్ 218కు 5-అయోడోఇండోల్ యొక్క బలమైన బ్యాక్‌బోన్ హైడ్రోజన్ బంధం దాని బంధాన్ని స్థిరీకరిస్తుంది, అయితే మిగిలిన అన్ని ఇండోల్ ఉత్పన్నాలు సైడ్ చైన్ హైడ్రోజన్ బంధాల ద్వారా సెరిన్ 260కు బంధించబడతాయి. ఇతర మోడల్ చేయబడిన అయోడోఇండోల్స్‌లో, 2-అయోడోఇండోల్ -5.248 kcal/mol బంధన విలువను కలిగి ఉంది, ఇది ల్యూసిన్ 218తో దాని ప్రధాన హైడ్రోజన్ బంధం కారణంగా ఉంది. ఇతర తెలిసిన బంధాలలో 3-అయోడోఇండోల్ (-4.3 kcal/mol), 4-అయోడోఇండోల్ (-4.0 kcal/mol), మరియు 6-ఫ్లోరోఇండోల్ (-2.6 kcal/mol) ఉన్నాయి (అనుబంధ చిత్రం S8). 5-అయోడోఇండోల్ మరియు 2-అయోడోఇండోల్ మినహా, చాలా హాలోజినేటెడ్ ఇండోల్స్ మరియు ఇండోల్ స్వయంగా సెరిన్ 260తో బంధాన్ని ఏర్పరుస్తాయి. ఐవర్‌మెక్టిన్ విషయంలో గమనించినట్లుగా (అనుబంధ చిత్రం S7), ల్యూసిన్ 218తో హైడ్రోజన్ బంధం ఏర్పడటం సమర్థవంతమైన రిసెప్టర్-లిగాండ్ బంధానికి సూచికగా ఉండటం, 5-అయోడోఇండోల్ మరియు 2-అయోడోఇండోల్ కూడా ఐవర్‌మెక్టిన్ లాగే ల్యూసిన్ 218 ద్వారా GluCL రిసెప్టర్ యొక్క క్రియాశీల ప్రదేశానికి గట్టిగా బంధింపబడతాయని నిర్ధారిస్తుంది (చిత్రం 6 మరియు అనుబంధ చిత్రం S8). GluCL కాంప్లెక్స్ యొక్క బహిరంగ రంధ్ర నిర్మాణాన్ని నిర్వహించడానికి ఈ బంధం అవసరమని, మరియు GluCL రిసెప్టర్ యొక్క క్రియాశీల ప్రదేశానికి గట్టిగా బంధించడం ద్వారా 5-అయోడోఇండోల్, 2-అయోడోఇండోల్, అవర్‌మెక్టిన్ మరియు ఐవర్‌మెక్టిన్ అయాన్ ఛానెల్‌ను తెరిచి ఉంచి, ద్రవ గ్రహణానికి అనుమతిస్తాయని మేము ప్రతిపాదిస్తున్నాము.
GluCL కు ఇండోల్ మరియు హాలోజినేటెడ్ ఇండోల్ యొక్క మాలిక్యులర్ డాకింగ్. GluCL యొక్క క్రియాశీల ప్రదేశానికి (A) ఇండోల్, (B) 4-ఫ్లోరోఇండోల్, (C) 7-అయోడోఇండోల్, మరియు (D) 5-అయోడోఇండోల్ లిగాండ్‌ల బంధన ధోరణులు. ప్రోటీన్‌ను ఒక రిబ్బన్‌తో సూచించారు, మరియు వెన్నెముక హైడ్రోజన్ బంధాలను పసుపు చుక్కల గీతలుగా చూపించారు. (A′), (B′), (C′), మరియు (D′) లు సంబంధిత లిగాండ్‌లు చుట్టుపక్కల ఉన్న అమైనో ఆమ్ల అవశేషాలతో జరిపే పరస్పర చర్యలను చూపుతాయి, మరియు సైడ్-చైన్ హైడ్రోజన్ బంధాలను గులాబీ రంగు చుక్కల బాణాలతో సూచించారు.
క్యాబేజీ మరియు ముల్లంగి విత్తనాల మొలకెత్తడంపై 5-అయోడోఇండోల్ యొక్క విష ప్రభావాన్ని అంచనా వేయడానికి ప్రయోగాలు నిర్వహించబడ్డాయి. 5-అయోడోఇండోల్ (0.05 లేదా 0.1 mM) లేదా అవెర్మెక్టిన్ (10 μg/mL) ప్రారంభ మొలకెత్తడం మరియు మొక్కల ఆవిర్భావంపై స్వల్ప లేదా ఎటువంటి ప్రభావాన్ని చూపలేదు (పటం 7). అదనంగా, చికిత్స చేయని నియంత్రణ విత్తనాలకు మరియు 5-అయోడోఇండోల్ లేదా అవెర్మెక్టిన్‌తో చికిత్స చేసిన విత్తనాల మొలకెత్తే రేటు మధ్య గణనీయమైన తేడా కనుగొనబడలేదు. తల్లివేరు పొడవు పెరగడం మరియు ఏర్పడిన పార్శ్వ వేర్ల సంఖ్యపై ప్రభావం అప్రధానంగా ఉంది, అయినప్పటికీ 1 mM (దాని క్రియాశీల సాంద్రతకు 10 రెట్లు) 5-అయోడోఇండోల్ పార్శ్వ వేర్ల అభివృద్ధిని కొద్దిగా ఆలస్యం చేసింది. ఈ ఫలితాలు 5-అయోడోఇండోల్ మొక్క కణాలకు విషరహితమైనదని మరియు అధ్యయనం చేసిన సాంద్రతలలో మొక్కల అభివృద్ధి ప్రక్రియలకు ఆటంకం కలిగించదని సూచిస్తున్నాయి.
విత్తన అంకురోత్పత్తిపై 5-అయోడోఇండోల్ ప్రభావం. అవెర్మెక్టిన్ లేదా 5-అయోడోఇండోల్‌తో లేదా లేకుండా మురాషిగే మరియు స్కూగ్ అగర్ మాధ్యమంలో B. ఒలెరేసియా మరియు R. రాఫనిస్ట్రమ్ విత్తనాల అంకురోత్పత్తి, చిగురించడం మరియు పార్శ్వ వేరు ఏర్పడటం. 22°C వద్ద 3 రోజుల పొదిగిన తర్వాత అంకురోత్పత్తిని నమోదు చేశారు.
ఈ అధ్యయనం ఇండోల్స్ ద్వారా నెమటోడ్‌లను చంపిన అనేక కేసులను నివేదిస్తుంది. ముఖ్యంగా, పైన్ సూదులలో అయోడోఇండోల్ మిథైలేషన్‌ను (చిన్న వాక్యోల్స్ పేరుకుపోయి క్రమంగా పెద్ద వాక్యోల్స్‌గా కలిసిపోయి, చివరికి పొర పగిలి మరణానికి దారితీసే ప్రక్రియ) ప్రేరేపించడంపై ఇది మొదటి నివేదిక. అంతేకాకుండా, అయోడోఇండోల్ వాణిజ్య నెమటోసైడ్ అయిన అవెర్మెక్టిన్ మాదిరిగానే గణనీయమైన నెమటోడ్ సంహారక లక్షణాలను ప్రదర్శిస్తుంది.
ఇండోల్స్ ప్రోకార్యోట్స్ మరియు యూకార్యోట్స్‌లో బయోఫిల్మ్ నిరోధం/ఏర్పాటు, బ్యాక్టీరియా మనుగడ, మరియు వ్యాధికారకతతో సహా బహుళ సిగ్నలింగ్ విధులను నిర్వర్తిస్తాయని గతంలో నివేదించబడింది19,32,33,34. ఇటీవల, హాలోజినేటెడ్ ఇండోల్స్, ఇండోల్ ఆల్కలాయిడ్స్, మరియు సెమీసింథటిక్ ఇండోల్ ఉత్పన్నాల యొక్క సంభావ్య చికిత్సా ప్రభావాలు విస్తృత పరిశోధనా ఆసక్తిని ఆకర్షించాయి35,36,37. ఉదాహరణకు, హాలోజినేటెడ్ ఇండోల్స్ మొండిగా ఉండే ఎస్చెరిచియా కోలి మరియు స్టెఫిలోకాకస్ ఆరియస్ కణాలను చంపగలవని చూపబడింది37. అదనంగా, ఇతర జాతులు, ప్రజాతులు, మరియు రాజ్యాలపై హాలోజినేటెడ్ ఇండోల్స్ యొక్క ప్రభావాన్ని అధ్యయనం చేయడం శాస్త్రీయంగా ఆసక్తికరమైన విషయం, మరియు ఈ అధ్యయనం ఈ లక్ష్యాన్ని సాధించే దిశగా ఒక అడుగు.
ఇక్కడ, మేము రివర్సిబుల్ సెల్ ఇంజ్యూరీ (RCI) మరియు మిథైలేషన్ ఆధారంగా C. ఎలిగాన్స్‌లో 5-అయోడోఇండోల్-ప్రేరిత ప్రాణాంతకతకు ఒక యంత్రాంగాన్ని ప్రతిపాదిస్తున్నాము (మూర్తులు 4C మరియు 5). ఉబ్బరం మరియు వాక్యులార్ క్షీణత వంటి ఎడెమాటోస్ మార్పులు RCI మరియు మిథైలేషన్‌కు సూచికలు, ఇవి సైటోప్లాజంలో పెద్ద వాక్యోల్స్‌గా వ్యక్తమవుతాయి48,49. RCI, ATP ఉత్పత్తిని తగ్గించడం, ATPase పంప్ వైఫల్యానికి కారణం కావడం, లేదా కణ త్వచాలను దెబ్బతీసి Na+, Ca2+, మరియు నీటి వేగవంతమైన ప్రవాహానికి కారణం కావడం ద్వారా శక్తి ఉత్పత్తికి ఆటంకం కలిగిస్తుంది50,51,52. Ca2+ మరియు నీటి ప్రవాహం కారణంగా సైటోప్లాజంలో ద్రవం పేరుకుపోవడం వల్ల జంతు కణాలలో ఇంట్రాసైటోప్లాస్మిక్ వాక్యోల్స్ ఏర్పడతాయి53. ఆసక్తికరంగా, కణ నష్టం తాత్కాలికంగా ఉండి, కణాలు కొంత కాలం పాటు ATPని ఉత్పత్తి చేయడం ప్రారంభిస్తే, ఈ కణ నష్ట యంత్రాంగం పునరుద్ధరించబడుతుంది, కానీ నష్టం కొనసాగితే లేదా తీవ్రమైతే, కణాలు చనిపోతాయి.54 మా పరిశీలనల ప్రకారం, 5-అయోడోఇండోల్‌తో చికిత్స పొందిన నెమటోడ్‌లు ఒత్తిడి పరిస్థితులకు గురైన తర్వాత సాధారణ జీవసంశ్లేషణను పునరుద్ధరించలేవు.
B. xylophilus లో 5-అయోడోఇండోల్ ద్వారా ప్రేరేపించబడిన మిథైలేషన్ ఫినోటైప్, అయోడిన్ ఉండటం మరియు దాని అణు పంపిణీ కారణంగా ఉండవచ్చు, ఎందుకంటే 7-అయోడోఇండోల్, 5-అయోడోఇండోల్ కంటే B. xylophilus పై తక్కువ నిరోధక ప్రభావాన్ని చూపింది (పట్టిక 1 మరియు అనుబంధ చిత్రం S6). ఈ ఫలితాలు మాల్టీస్ మరియు ఇతరుల (2014) అధ్యయనాలతో పాక్షికంగా ఏకీభవిస్తున్నాయి, వారు ఇండోల్‌లోని పిరిడైల్ నైట్రోజన్ భాగం పారా-స్థానం నుండి మెటా-స్థానానికి మారడం వలన U251 కణాలలో వాక్యోలైజేషన్, పెరుగుదల నిరోధం మరియు సైటోటాక్సిసిటీ రద్దు చేయబడ్డాయని నివేదించారు, ఇది ప్రోటీన్‌లోని ఒక నిర్దిష్ట క్రియాశీల ప్రదేశంతో అణువు యొక్క పరస్పర చర్య కీలకమైనదని సూచిస్తుంది27,44,45. ఈ అధ్యయనంలో గమనించిన ఇండోల్ లేదా హాలోజినేటెడ్ ఇండోల్స్ మరియు GluCL గ్రాహకాల మధ్య పరస్పర చర్యలు కూడా ఈ భావనకు మద్దతు ఇస్తున్నాయి, ఎందుకంటే పరిశీలించిన ఇతర ఇండోల్స్ కంటే 5- మరియు 2-అయోడోఇండోల్‌లు GluCL గ్రాహకాలకు మరింత బలంగా బంధించబడతాయని కనుగొనబడింది (పటం 6 మరియు అనుబంధ పటం S8). ఇండోల్‌లోని రెండవ లేదా ఐదవ స్థానంలో ఉన్న అయోడిన్, బ్యాక్‌బోన్ హైడ్రోజన్ బంధాల ద్వారా GluCL గ్రాహకం యొక్క ల్యూసిన్ 218కు బంధించబడుతుందని కనుగొనబడింది, అయితే ఇతర హాలోజినేటెడ్ ఇండోల్స్ మరియు ఇండోల్ స్వయంగా సెరిన్ 260తో బలహీనమైన సైడ్-చైన్ హైడ్రోజన్ బంధాలను ఏర్పరుస్తాయి (పటం 6). అందువల్ల, వాక్యులార్ క్షీణతను ప్రేరేపించడంలో హాలోజన్ యొక్క స్థానీకరణ ఒక ముఖ్యమైన పాత్ర పోషిస్తుందని, అయితే 5-అయోడోఇండోల్ యొక్క గట్టి బంధం అయాన్ ఛానెల్‌ను తెరిచి ఉంచుతుందని, తద్వారా వేగవంతమైన ద్రవ ప్రవాహానికి మరియు వాక్యోల్ పగిలిపోవడానికి అనుమతిస్తుందని మేము ఊహిస్తున్నాము. ఏదేమైనా, 5-అయోడోఇండోల్ యొక్క వివరణాత్మక చర్య విధానం ఇంకా నిర్ధారించబడలేదు.
5-అయోడోఇండోల్‌ను ఆచరణలో ఉపయోగించే ముందు, మొక్కలపై దాని విష ప్రభావాన్ని విశ్లేషించాలి. మేము చేసిన విత్తన అంకురోత్పత్తి ప్రయోగాలలో, అధ్యయనం చేసిన గాఢతలలో 5-అయోడోఇండోల్ విత్తన అంకురోత్పత్తిపై గానీ లేదా తదుపరి అభివృద్ధి ప్రక్రియలపై గానీ ఎటువంటి ప్రతికూల ప్రభావాన్ని చూపలేదని తేలింది (పటం 7). అందువల్ల, పైన్ చెట్లకు పైన్ నెమటోడ్‌ల వల్ల కలిగే హానిని నియంత్రించడానికి పర్యావరణ వ్యవస్థలో 5-అయోడోఇండోల్ వాడకానికి ఈ అధ్యయనం ఒక ఆధారాన్ని అందిస్తుంది.
యాంటీబయాటిక్ నిరోధకత మరియు క్యాన్సర్ వ్యాప్తి సమస్యను పరిష్కరించడానికి ఇండోల్ ఆధారిత చికిత్స ఒక సంభావ్య విధానమని మునుపటి నివేదికలు నిరూపించాయి55. అదనంగా, ఇండోల్స్‌లో యాంటీ బాక్టీరియల్, యాంటీ క్యాన్సర్, యాంటీఆక్సిడెంట్, యాంటీ ఇన్ఫ్లమేటరీ, యాంటీ డయాబెటిక్, యాంటీ వైరల్, యాంటీ ప్రొలిఫెరేటివ్ మరియు యాంటీ ట్యూబర్‌క్యులోసిస్ వంటి లక్షణాలు ఉన్నాయి మరియు ఇవి ఔషధ అభివృద్ధికి ఒక ఆశాజనకమైన ఆధారంగా ఉపయోగపడవచ్చు56,57. ఈ అధ్యయనం మొదటిసారిగా అయోడిన్‌ను యాంటీ పారాసిటిక్ మరియు యాంటీహెల్మింటిక్ ఏజెంట్‌గా ఉపయోగించే అవకాశాన్ని సూచిస్తుంది.
అవర్మెక్టిన్‌ను మూడు దశాబ్దాల క్రితం కనుగొన్నారు మరియు ఇది 2015లో నోబెల్ బహుమతిని గెలుచుకుంది. నులిపురుగుల నివారణ మందుగా దీని వాడకం ఇప్పటికీ చురుకుగా కొనసాగుతోంది. అయితే, నెమటోడ్‌లు మరియు కీటకాలలో అవర్మెక్టిన్‌లకు నిరోధకత వేగంగా అభివృద్ధి చెందుతున్నందున, పైన్ చెట్లలో PWN సంక్రమణను నియంత్రించడానికి ఒక ప్రత్యామ్నాయ, తక్కువ ఖర్చుతో కూడిన మరియు పర్యావరణ అనుకూలమైన వ్యూహం అవసరం. ఈ అధ్యయనం 5-అయోడోఇండోల్ పైన్ నెమటోడ్‌లను ఏ యంత్రాంగం ద్వారా చంపుతుందో కూడా నివేదిస్తుంది మరియు 5-అయోడోఇండోల్ మొక్క కణాలకు తక్కువ విషపూరితమైనదని కూడా తెలియజేస్తుంది, ఇది దాని భవిష్యత్ వాణిజ్య అనువర్తనానికి మంచి అవకాశాలను కల్పిస్తుంది.
అన్ని ప్రయోగాలకు కొరియాలోని గ్యోంగ్‌సాన్‌లో ఉన్న యంగ్నామ్ విశ్వవిద్యాలయం యొక్క నైతిక కమిటీ ఆమోదం తెలిపింది మరియు ఈ పద్ధతులను యంగ్నామ్ విశ్వవిద్యాలయం యొక్క నైతిక కమిటీ మార్గదర్శకాలకు అనుగుణంగా నిర్వహించారు.
స్థాపితమైన పద్ధతులను43 ఉపయోగించి గుడ్ల పొదిగే ప్రయోగాలు నిర్వహించబడ్డాయి. పొదిగే రేట్లను (HR) అంచనా వేయడానికి, 1-రోజు-వయస్సు గల వయోజన నెమటోడ్‌లను (సుమారు 100 ఆడ మరియు 100 మగ) శిలీంధ్రం ఉన్న పెట్రీ డిష్‌లకు బదిలీ చేసి, 24 గంటల పాటు పెరగనిచ్చారు. ఆ తర్వాత గుడ్లను వేరుచేసి, శుభ్రమైన స్వేదన జలంలో సస్పెన్షన్‌గా 5-అయోడోఇండోల్ (0.05 mM మరియు 0.1 mM) లేదా అవెర్మెక్టిన్ (10 μg/ml)తో శుద్ధి చేశారు. ఈ సస్పెన్షన్‌లను (500 μl; సుమారు 100 గుడ్లు) 24-వెల్ టిష్యూ కల్చర్ ప్లేట్‌లోని వెల్స్‌కు బదిలీ చేసి, 22 °C వద్ద ఇంక్యుబేట్ చేశారు. 24 గంటల పొదిగే కాలం తర్వాత L2 గణనలు చేయబడ్డాయి, కానీ సన్నని ప్లాటినం తీగతో ప్రేరేపించినప్పుడు కణాలు కదలకపోతే వాటిని చనిపోయినవిగా పరిగణించారు. ఈ ప్రయోగం రెండు దశలలో, ప్రతి దశలో ఆరు పునరావృత్తులతో నిర్వహించబడింది. రెండు ప్రయోగాల నుండి వచ్చిన డేటాను కలిపి ప్రదర్శించారు. HR శాతాన్ని ఈ క్రింది విధంగా లెక్కిస్తారు:
గతంలో అభివృద్ధి చేసిన పద్ధతులను ఉపయోగించి లార్వా మరణాలను అంచనా వేశారు. నెమటోడ్ గుడ్లను సేకరించి, L2 దశ లార్వాలను ఉత్పత్తి చేయడానికి శుభ్రమైన స్వేదన జలంలో పొదిగించడం ద్వారా పిండాలను సమకాలీకరించారు. సమకాలీకరించిన లార్వాలకు (సుమారు 500 నెమటోడ్‌లు) 5-అయోడోఇండోల్ (0.05 mM మరియు 0.1 mM) లేదా అవెర్మెక్టిన్ (10 μg/ml) తో చికిత్స చేసి, B. సినీరియా పెట్రీ ప్లేట్లపై పెంచారు. 22 °C వద్ద 48 గంటల పొదిగింపు తర్వాత, నెమటోడ్‌లను శుభ్రమైన స్వేదన జలంలో సేకరించి, L2, L3, మరియు L4 దశల ఉనికి కోసం పరిశీలించారు. L3 మరియు L4 దశల ఉనికి లార్వా పరివర్తనను సూచించగా, L2 దశ ఉనికి పరివర్తన జరగలేదని సూచించింది. iRiS™ డిజిటల్ సెల్ ఇమేజింగ్ సిస్టమ్‌ను ఉపయోగించి చిత్రాలను సేకరించారు. ఈ ప్రయోగాన్ని రెండు దశల్లో, ప్రతి దశలో ఆరు పునరావృత్తులతో నిర్వహించారు. రెండు ప్రయోగాల నుండి వచ్చిన డేటాను కలిపి ప్రదర్శించారు.
మురాషిగే మరియు స్కూగ్ అగర్ ప్లేట్లపై మొలకెత్తే పరీక్షలను ఉపయోగించి విత్తనాలకు 5-అయోడోఇండోల్ మరియు అవెర్మెక్టిన్ యొక్క విషప్రభావాన్ని అంచనా వేశారు.62 B. ఒలెరేసియా మరియు R. రాఫనిస్ట్రమ్ విత్తనాలను మొదట ఒక రోజు పాటు శుభ్రమైన స్వేదన జలంలో నానబెట్టి, 1 ml 100% ఇథనాల్‌తో కడిగి, 1 ml 50% వాణిజ్య బ్లీచ్ (3% సోడియం హైపోక్లోరైట్)తో 15 నిమిషాల పాటు స్టెరిలైజ్ చేసి, 1 ml శుభ్రమైన నీటితో ఐదుసార్లు కడిగారు. ఆ తర్వాత స్టెరిలైజ్ చేసిన విత్తనాలను, 5-అయోడోఇండోల్ లేదా అవెర్మెక్టిన్‌తో లేదా లేకుండా, 0.86 గ్రా/లీ (0.2X) మురాషిగే మరియు స్కూగ్ మీడియం మరియు 0.7% బాక్టీరియలాజికల్ అగర్ కలిగిన మొలకెత్తే అగర్ ప్లేట్లపై నొక్కారు. ఆ తర్వాత ప్లేట్లను 22 °C వద్ద ఇంక్యుబేట్ చేసి, 3 రోజుల ఇంక్యుబేషన్ తర్వాత చిత్రాలను తీశారు. ఈ ప్రయోగాన్ని రెండు దశల్లో నిర్వహించారు, ప్రతి దశలో ఆరు పునరావృత్తులు ఉన్నాయి.