巨大戟烷二萜化合物的杀线虫活性及初步活性机制研究

Nematodes are one of the major agricultural pests in the world, causing huge economic losses each year. Caenorhabditis elegans is a model organism, which is widely used in compounds screening and chemical biological analysis on nematicidal studies. Using C. elegans as a model to screen nematicides is nowadays an effective way to discover novel nematicides. Euphorbia plants are abundant in resources and widely distributed, and the Euphorbia diterpenes have diversified chemical structures and significant biological activities. In our previous research, 13 terpenoids were identified from the latex of E. peplus, which showed strong antifeedant activity against the cotton bollworm (Helicoverpa armigera). Among them, the ingenane diterpenoids were found to have notably nematicidal activity against C. elegans. This project aims to discover and isolate the nematicidal ingenane diterpenoids from four Euphorbia species, employing the transcriptome analysis and reverse genetic approaches to preliminarily reveal the molecular targets or biological pathways of these nematicidal ingenanes. Our study will provide scientific basis for the development of novel plant-derived nematicides from Euphorbia species.

植物线虫是目前世界上主要的农业害虫之一，每年造成巨大的经济损失。秀丽隐杆线虫是一个现在被广泛应用于小分子活性筛选和化学生物学研究的模式生物，运用秀丽隐杆线虫为模型筛选杀线虫活性化合物是发掘新颖杀线虫药物的有效途径。大戟属植物资源丰富、分布广泛，其特征的大戟二萜类化合物具有化学结构多样性和生物活性显著的特点。本项目前期从南欧大戟乳汁中发现的萜类化合物对棉铃虫有较强的拒食活性，其中的巨大戟烷二萜化合物对秀丽隐杆线虫表现出较显著的毒杀活性。本项目拟从四种大戟属植物中定向分离巨大戟烷二萜化合物，开展其杀线虫活性研究；并通过转录组学分析和反向遗传学方法初步探究巨大戟烷二萜化合物杀线虫的作用靶点或通路，为开发新颖的植物源杀线虫药物提供科学依据。

植物线虫是目前世界上主要的农业害虫之一，每年造成巨大的经济损失。本项目分别从大戟科植物南欧大戟、甘遂和大狼毒中发现16个萜类化合物，包括7个二萜和9个三萜化合物，活性筛选发现它们对秀丽隐杆线虫具有不同程度的毒杀活性，其中巨大戟烷二萜化合物20-deoxyingenol-3-angelate（EP-12）活性最强，处理72小时后对秀丽隐杆线虫和全齿复活线虫的半数致死浓度分别为10.26 ug/mL和13.42 ug/mL。化合物EP-12对秀丽隐杆线虫的行为和生长发育具有明显抑制作用，且呈浓度依赖。秀丽隐杆线虫转录组分析发现EP-12处理后线虫的差异表达基因显著富集于氧化应激相关信号通路和免疫防御相关基因，说明线虫能通过调控氧化应激相关信号通路和抗性基因的表达来应对EP-12的毒性作用。此外，还发现EP-12处理后线虫tpa-1基因（人PKC同源基因）表达上调，进一步通过RNAi干扰调低tpa-1基因的表达可恢复线虫的生长，表明EP-12抑制线虫生长与tpa-1相关。对线虫体内代谢分析，发现EP-12处理组中吲哚糖苷化合物增多，推测可能是对大肠杆菌吲哚类化合物的一种解毒机制，同时LC-MS代谢结果也显示，线虫能将EP-12代谢，产生一系列衍生物。本研究揭示了化合物EP-12初步的杀线虫活性机制。