Estudio fitoquímico biodirigido de las partes aéreas de Peperomia blanda para la búsqueda de compuestos con potencial aplicación fitopesticida

Abstract

Cualquier cultivo puede verse afectado por la presencia de plagas, lo que tiene un impacto negativo en su productividad, estas plagas tienen diversa naturaleza, a. Hongos: por ejemplo, Fusarium solani, el cual es uno de los fitopatógenos que más especies vegetales ataca a nivel mundial, provocando en éstas marchitamiento y podredumbre, b. Complejos ambrosiales: los cuales se componen de un hongo y un insecto que interactúan mediante una relación simbiótica, uno de los más dañinos es el complejo ambrosial Euwallacea kuroshio-Fusarium kuroshium que provoca múltiples daños, entre ellos la muerte regresiva por Fusarium que afecta especies vegetales de interés agrícola y forestal, c. Nematodos fitopatógenos: los cuales son organismos diminutos en forma de gusano que habitan en el suelo, éstos ingresan por las raíces de los cultivos provocando agallas, clorosis, madurez adelantada entre otros daños, lo cual ocasiona una disminución considerable en la tasa de producción del cultivo infectado. Con la finalidad de contrarrestar el impacto de estas y otras plagas se recurre de forma frecuente al uso de agroquímicos de origen sintético; sin embargo, esta práctica representa un gran daño al medio ambiente debido a la contaminación de fuentes de agua, aire y suelos que estos ocasionan debido a su alta persistencia, además de ser una amenaza para la salud humana por la alta toxicidad demostrada de muchos pesticidas que también se asocian con el desarrollo de un gran número de enfermedades. Costa Rica es el país de mayor consumo de plaguicidas por hectárea a nivel mundial lo que contrasta con la buena imagen del país en materia ambiental, es por esto que encontrar alternativas ambientalmente amigables para el manejo de plagas es fundamental. Bajo esta línea, la búsqueda de agentes bioactivos de origen botánico constituye una base fundamental para el desarrollo de biopesticidas eficaces, que tengan la capacidad de contrarrestar el impacto de plagas agrícolas y a su vez sean inofensivos para los humanos y la biodiversidad en general. En el marco del proyecto de investigación titulado: Generación de estrategias científicotecnológicas con un enfoque multidisciplinario e interinstitucional para afrontar la amenaza que representan los complejos ambrosiales en los sectores agrícola y forestal de México”, se identificó a la especie vegetal Peperomia blanda (Piperaceae) con potencial biocida contra algunos agentes fitopatógenos de interés agrícola y forestal. Sin embargo, los compuestos responsables de los efectos observados a la fecha no han sido descritos. Por lo que en esta investigación se realizó el estudio fitoquímico biodirigido de las partes aéreas de P. blanda para encaminar esfuerzos al aislamiento e identificación de metabolitos secundarios activos en esta especie. Esta planta es una herbácea que se encuentra usualmente en los bosques fluviales distribuida en el continente americano desde el noreste de México hasta el sur de Brasil. En Costa Rica se puede encontrar en toda la meseta central cerca de las regiones montañosas. La actividad biológica de P. blanda se evaluó contra los hongos F. solani y F. kuroshium, el insecto ambrosial Xyleborus bispinatus y el nematodo modelo Panagrellus redivivus. Para esto, se preparó un extracto crudo metanólico (EC-PB) de las partes aéreas de P. blanda colectada en la reserva ecológica conocida como el "Santuario de Bosque de Niebla", ubicado en la Ciudad de Xalapa Enríquez, en el Estado de Veracruz, México. El EC-PB se fraccionó mediante cromatografía en columna abierta (CCA) de gel de sílice utilizando como fase móvil un gradiente de polaridad ascendente de diferentes mezclas de solventes tales como hexano (HEX), hexano-acetato de etilo (HEX-AcOEt), acetato de etilo (AcOEt) y acetato de etilo-metanol (AcOEt-MeOH). Enseguida, los eluatos obtenidos se combinaron con base en las similitudes de sus perfiles cromatográficos mostrados en cromatografía de capa fina (CCF) hasta obtener un total de 26 fracciones primarias (PB-A a PB-Y). El EC-PB no mostró actividad contra el escarabajo X. bispinatus y contra el nematodo P. redivivus, mientras que en ensayos de antagonismo contra el hongo F. solani se obtuvo una actividad moderada, observándose a 5.0 mg/mL un 38.11 ± 0.24% de inhibición del crecimiento micelial. Por otro lado, las fracciones primarias PB-G y PB-H resultaron ser las más activas obteniendo un 100% de mortalidad contra P. redivivus, y un 100% de inhibición del crecimiento micelial de F. solani y F. kuroshium a 0.4 mg/mL, 2.0 mg/mL y 2.0 mg/mL, respectivamente. En el caso particular de F. kuroshium, la fracción primaria PB-H mantuvo un 100% de inhibición del crecimiento micelial a la concentración de 1.0 mg/mL. Adicionalmente, se realizó un análisis metabolómico dirigido para la búsqueda de compuestos fenólicos mediante UPLC-MS-QqQ encontrándose hasta 26 compuestos diferentes entre el EC-PB y fracciones primarias activas (Anexo 5). Particularmente destacan los compuestos ácido-3,4-dihidroxibenzóico, ácido-4-hidroxibenzóico, ácido vainillínico y luteolina. Estos compuestos tienen reportes previos de actividad biocida demostrada que se podría asociar con la actividad biológica observada en este estudio. Una vez que se identificó la fracción PB-H como la más activa, se procedió a realizar un análisis comparativo por metabolómica no dirigida mediante UPLC-MS-QToF a las fracción activa PB-H y a las fracciones adyacentes PB-G y PB-I mediante diagramas de componentes principales y gráficos de volcán con la ayuda del software MetaboAnalyst e identificar tentativamente los componentes (m/z) distintivos presentes en PB-H. El primero en identificarse tentativamente fue niloticina, el cual se trata de un triterpeno considerado como citotóxico y que se ha probado in vitro contra el insecto vector del dengue Aedes aegypti L. También se identificó al compuesto dilapiol, el cual se trata de un fenilpropanoide comúnmente encontrado en diferentes especies del género Peperomia que posee actividad acaricida, repelente, insecticida, fungicida, entre otros. Niloticina y dilapiol son la primera vez que se describen en P. blanda y debido a sus propiedades citotóxicas se sugiere que estos compuestos sean responsables en parte de la actividad biológica obtenida en esta investigación. Los hallazgos de esta investigación constituyen el primer reporte de bioactividad y fitoquímica de la especie como alternativa no convencional al uso de pesticidas sintéticos contra fitopatógenos de importancia nacional e internacional.

Any crop can be affected by the presence of pests, which has an impact negative in their productivity, these pests have a diverse nature, a. Mushrooms: by example, Fusarium solani, which is one of the phytopathogens that most plant species attacks worldwide, causing wilting and rotting in them, b. Complexes ambrosiales: which are composed of a fungus and an insect that interact through a symbiotic relationship, one of the most damaging is the ambrosial complex Euwallacea kuroshio-Fusarium kuroshium causing multiple damage, including death regressive by Fusarium affecting plant species of agricultural and forestry interest, c. Phytopathogenic nematodes: which are tiny, worm-like organisms that live in the soil, they enter through the roots of the crops causing galls, chlorosis, early maturity among other damages, which causes a decrease considerable in the production rate of the infected crop. In order to counteract the impact of these and other pests, the use of agrochemicals of synthetic origin; However, this practice represents great harm to the environment due to the contamination of sources of water, air and soils that these caused due to their high persistence, in addition to being a threat to human health due to the demonstrated high toxicity of many pesticides that are also associated with development of a large number of diseases. Costa Rica is the country with the highest consumption of pesticides per hectare worldwide, which contrasts with the good image of the country in environmental matters, which is why finding environmentally friendly alternatives for pest management is essential. Along this line, the search for bioactive agents of botanical origin constitutes a fundamental basis for the development of effective biopesticides, which have the ability to counteract the impact of agricultural pests and at the same time are harmless to humans and biodiversity in general. Within the framework of the research project entitled: Generation of scientific-technological strategies with a multidisciplinary and inter-institutional approach to face the threat posed by ambrosial complexes in the agricultural and forestry sectors of Mexico ”, the plant species Peperomia blanda (Piperaceae) was identified with potential biocide against some phytopathogens of agricultural and forestry interest. However, the compounds responsible for the effects observed to date have not been described. Therefore, in this research, the biodirected phytochemical study of the aerial parts of P. soft was carried out to direct efforts to the isolation and identification of active secondary metabolites in this species. This plant is a herbaceous plant that is usually found in river forests distributed in the American continent from the northeast of Mexico to the south of Brazil. In Costa Rica it can be found throughout the central plateau near the mountainous regions. The biological activity of P. blanda was evaluated against the fungi F. solani and F. kuroshium, the ambrosial insect Xyleborus bispinatus and the model nematode Panagrellus redivivus. For this, a crude methanolic extract (EC-PB) was prepared from the aerial parts of P. blanda collected in the ecological reserve known as the "Bosque de Niebla Sanctuary", located in the City of Xalapa Enríquez, in the State of Veracruz Mexico. The EC-PB was fractionated by silica gel open column chromatography (CCA) using as mobile phase an ascending polarity gradient of different mixtures of solvents such as hexane (HEX), hexane-ethyl acetate (HEX-AcOEt), acetate of ethyl (AcOEt) and ethyl acetate-methanol (AcOEt-MeOH). Next, the eluates obtained were combined based on the similarities of their chromatographic profiles shown in thin layer chromatography (TLC) to obtain a total of 26 fractions primary (PB-A to PB-Y). The EC-PB did not show activity against the beetle X. bispinatus and against the nematode P. redivivus, while in antagonism tests against the fungus F. solani, moderate activity, observing at 5.0 mg / mL a 38.11 ± 0.24% inhibition of the mycelial growth. On the other hand, the primary fractions PB-G and PB-H turned out to be the most active, obtaining 100% mortality against P. redivivus, and 100% inhibition of mycelial growth of F. solani and F. kuroshium at 0.4 mg / mL, 2.0 mg / mL and 2.0 mg / mL, respectively. In the particular case of F. kuroshium, the primary fraction PB-H maintained 100% inhibition of mycelial growth at the concentration of 1.0 mg / mL. Additionally, a targeted metabolomic analysis was performed to search for phenolic compounds by UPLC-MS-QqQ finding up to 26 compounds different between EC-PB and active primary fractions (Annex 5). Particularly the compounds include 3,4-dihydroxybenzoic acid, 4-hydroxybenzoic acid, acid vanillin and luteolin. These compounds have previous reports of biocidal activity demonstrated that it could be associated with the biological activity observed in this study. Once the PB-H fraction was identified as the most active, a comparative analysis by non-directed metabolomics by UPLC-MS-QToF at the active fraction PB-H and to the adjacent fractions PB-G and PB-I using diagrams of main components and volcano graphs with the help of MetaboAnalyst software and tentatively identify the distinctive components (m / z) present in PB-H. The first to be tentatively identified was niloticin, which is a triterpene considered as cytotoxic and that has been tested in vitro against the insect vector of the dengue Aedes aegypti L. The compound dilapiol was also identified, which is a phenylpropanoid commonly found in different species of the genus Peperomia which has acaricidal, repellent, insecticidal, fungicidal activity, among others. Niloticin and dilapiol are the first time they have been described in P. soft and due to their properties cytotoxic, it is suggested that these compounds are responsible in part for the activity biological obtained in this investigation. The findings of this research constitute the first report of bioactivity and phytochemistry of the species as an unconventional alternative to the use of synthetic pesticides against phytopathogens of national and international importance.