鸦胆子(Brucea javanica)活性物质对烟草花叶病毒的抑制作用机理及构效关系分析

来源 :福建农林大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:luoshibo
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利用抗烟草花叶病毒(Tobacco mosaic virus,TMV)活性跟踪的方法,采用柱层析(DCC)、薄层层析(TLC)和高效液相色谱(HPLC)等分离手段,从传统中药鸦胆子(Brucea javanica(Linn.)Merr.)种子中分离到14个单体化合物,经波谱学鉴定结构,其中5个为苦木苦味素类化合物(Quassinoids)。结合从臭椿(Ailanthus altissima(Mill.)Swingle)根皮中分离到的3个quassinoids,分别利用半叶法和叶碟法测定了其抗TMV侵染和增殖活性,对活性较高的quassinoids,测定了其抗TMV侵染和增殖的抑制中浓度(EC50),并利用半叶法测定了其抗黄瓜花叶病毒(Cucumber mosaic virus,CMV)和马铃薯Y病毒(Potatovirus Y,PVY)侵染的活性,在此基础上对quassinoids抗植物病毒构效关系(Structure-activity relationship,SAR)进行了分析。结果表明,从鸦胆子中分离到的5个quassinoids中,化合物1—4具有较高抗植物病毒活性,并呈现剂量-活性相关性,其抗TMV侵染EC50分别为13.7μg/mL、22.8μg/mL、30.2μg/mL和13.7μg/mL,抗TMV增殖EC50分别为2.1μg/mL、24.3μg/mL、28.4μg/mL和19.7μg/mL,且所有quassinoids表现了与抗TMV相似的抗CMV和PVY侵染活性。化合物1和2的得率较高,分别为每50 g鸦胆子乙醇提取物乙酸乙酯萃取物中分离到210 mg和2.2 g。根据化合物得率及抗病毒活性,证明化合物1和2为鸦胆子中抗植物病毒主要活性成分。SAR分析表明,抗植物病毒是quassinoids的又一新的生物活性,且其D环中的甲氧桥的位置以及C-15位的酯链的改变是影响化合物的抗植物病毒活性的主要因素,氢键的数量也可能会影响quassinoids的抗病毒活性。体外作用机制研究表明,quassinoids能够通过与TMV外壳蛋白(Coatprotein,CP)及核酸可逆地结合阻止其在寄主表面侵染位点的建立,但并不破坏病毒粒体结构及降解核酸;此外,quassinoids还能够影响TMV-CP体外聚合作用,干扰病毒粒体的正常装配。从感染TMV的发病烟草叶片中提取总RNA,通过RT-PCR扩增得到其运动蛋白(Movement protein,MP)基因,将扩增产物克隆到pMD18-T载体上,DNA序列分析表明,所得MP基因全长为807 bp,与已报告的TMV-U1株系核苷酸和氨基酸同源性均为100%。将目的基因亚克隆到原核表达载体pET-29a上,并转化大肠杆菌BL21(DE3),IPTG诱导4 h后蛋白表达量达到最大,超声波显示所得融合蛋白以不可溶形式存在。SDS-PAGE检测蛋白表达情况,表达产物与目的蛋白大小一致,割胶免疫注射家兔得到抗体,ELISA测定效价为25,600,western-blot检测证明运动蛋白在烟草叶片被侵染早期得到表达,且抗体特异性良好。采用real time-PCR、semi-quantative RT-PCR、indirect-ELISA和western-blot等方法在植株和细胞水平研究了以Bruceine D为代表的quassinoids抑制TMV在寄主体内增殖的作用机制。结果表明,quassinoids能够通过抑制TMV基因组RNA及亚基因组RNA(subgenomic RNA,sgRNA)的复制,阻止TMV相关蛋白如CP和MP在寄主体内的表达,从而抑制了TMV的细胞间移动和在寄主体内的长距离运输,延迟了TMV感染造成的花叶症状的产生;同时,研究还发现,quassinoids对TMV在寄主体内增殖的抑制作用随着TMV感染和施药之间时间的增加而降低,表明该类化合物主要作用于病毒侵染的早期,即越早施药,抑制作用越明显。Bruceine D能够系统性地诱导烟草体内POD、PPO、PAL、SOD和β-1,3-glucanase等防御酶的活性的增强,还能够诱导烟草产生1—2条健叶和病叶对照中所没有的POD和PPO同工酶谱带,说明Bruceine D对烟草体内相关防御酶活性具有诱导作用;Bruceine D能够降低被TMV感染叶片中膜脂过氧化产物丙二醛(MDA)的含量,以及阻止TMV感染造成的烟草叶绿素(叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素)、可溶性糖和可溶性蛋白含量的降低,还能够诱导烟草产生两条不同于TMV感染诱导产生的病程相关蛋白(pathogenesis related proteins,PRP),对烟草具有保护作用。利用real time-PCR和indirect-ELISA技术对Bruceine D抑制CMV基因组及sgRNAs和病毒粒体在寄主假酸浆(Nicandra physalodes(L.)Gaertner)体内的增殖作用进行了研究。结果表明,虽然Bruceine D能够体外钝化CMV,阻止其侵染寄主,但在CMV侵染寄主后,Bruceine D不能阻止其在寄主体内的增殖。说明quassinoids对正单链RNA(Positive single strand RNA,+ssRNA)植物病毒的体外抑制侵染和体内抑制增殖可能存在不同的作用机制。为进一步明确三萜类化合物对植物病毒的抑制作用,在200μg/mL的供试浓度下对67种植物源三萜及三萜皂甙类化合物的抗TMV增殖活性进行了筛选,并根据其化学结构进行了SAR分析,同时对活性较高的10个化合物进行了EC50测定。结果表明,大多数供试化合物表现了一定的抗病毒活性,该类化合物的活性不仅决定于其主体结构也受取代基团的影响,对于熊果酸型化合物来讲,C-20和C-28位形成的内酯,C-3位的阿拉伯糖,以及C-28位的葡萄糖对活性都产生巨大影响;而对于齐敦果酸型化合物来讲,C-19位的α-羟基,C-3位的木糖以及C-28位的葡萄糖也是影响活性的主要因素。
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