伊维菌素与植物寄生线虫β-微管蛋白的相互作用机制及其在马铃薯中的保护效应

《BMC Plant Biology》：Conserved β-tubulin as a target of ivermectin in plant-parasitic nematodes: molecular modelling and experimental protection of potato

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摘要

背景

伊维菌素（IVM）是一种广泛使用的抗寄生虫药物，主要作用于谷氨酸门控的氯通道；然而，研究也表明它可能与β-微管蛋白发生相互作用，这说明它可能具有另一种作用机制。我们的研究旨在评估植物寄生线虫中β-微管蛋白的保守性，并通过计算方法评估IVM与这种蛋白质形成稳定复合物的能力。此外，我们还研究了IVM在植物线虫感染期间对马铃薯（Solanum tuberosum）的保护作用。

结果

比较序列分析显示，植物寄生线虫中的β-微管蛋白具有高度保守性（平均序列同源性为91%），尤其是在紫杉烷结合位点。相比之下，马铃薯中的β-微管蛋白存在显著差异。基于分子对接和分子动力学模拟的结果，预测IVM能够与多种植物寄生线虫的β-微管蛋白形成稳定复合物，其结合能介于-6.01至-17.83 kcal mol?1之间，这比IVM与S. tuberosum β-微管蛋白的相互作用（-3.77 kcal mol?1）更强。关键的相互作用发生在IVM的苯并呋喃结构和大环结构部分，而其二糖部分则会对复合物的稳定性产生不利影响。体内实验表明，在10–50 μg.mL?1的浓度下，IVM能够有效保护S. tuberosum免受线虫侵害，显著减少囊肿、卵和幼虫的数量，并减轻线虫对S. tuberosum生长和发育的负面影响。

结论

我们的研究结果表明，β-微管蛋白是IVM在植物寄生线虫中高度保守且功能上重要的靶点，这一结果为进一步的实验验证奠定了基础。IVM与线虫β-微管蛋白之间的更强相互作用，以及其对线虫的抑制作用，凸显了IVM作为控制植物线虫感染和保护植物的有效工具的潜力。此外，IVM的这些结合结构基团可用于合理设计和虚拟筛选针对β-微管蛋白的新杀线虫化合物。总体而言，这些发现增进了我们对IVM作用机制的理解，并为开发可持续的控制植物寄生线虫策略开辟了新的途径。