Published June 24, 2019 | Version v1
Publication Open

Bioactivity-guided isolation of rosmarinic acid as the principle bioactive compound from the butanol extract of Isodon rugosus against the pea aphid, Acyrthosiphon pisum

Creators

  • 1. Ghent University
  • 2. Abbottabad University of Science and Technology
  • 3. COMSATS University Islamabad

Description

Aphids are agricultural pest insects that transmit viruses and cause feeding damage on a global scale. Current pest control practices involving the excessive use of synthetic insecticides over many years have resulted in aphid resistance to a number of pesticides. In nature, plants produce secondary metabolites during their interaction with insects and these metabolites can act as toxicants, antifeedants, anti-oviposition agents and deterrents towards the insects. In a previous study, we demonstrated that the butanol fraction from a crude methanolic extract of an important plant species, Isodon rugosus showed strong insecticidal activity against the pea aphid, Acyrthosiphon pisum. To further explore this finding, the current study aimed to exploit a bioactivity-guided strategy to isolate and identify the active compound in the butanol fraction of I. rugosus. As such, reversed-phase flash chromatography, acidic extraction and different spectroscopic techniques were used to isolate and identify the new compound, rosmarinic acid, as the bioactive compound in I. rugosus. Insecticidal potential of rosmarinic acid against A. pisum was evaluated using standard protocols and the data obtained was analyzed using qualitative and quantitative statistical approaches. Considering that a very low concentration of this compound (LC90 = 5.4 ppm) causes significant mortality in A. pisum within 24 h, rosmarinic acid could be exploited as a potent insecticide against this important pest insect. Furthermore, I. rugosus is already used for medicinal purposes and rosmarinic acid is known to reduce genotoxic effects induced by chemicals, hence it is expected to be safer compared to the current conventional pesticides. While this study highlights the potential of I. rugosus as a possible biopesticide source against A. pisum, it also provides the basis for further exploration and development of formulations for effective field application.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

حشرات المن هي حشرات آفات زراعية تنقل الفيروسات وتسبب أضرارًا في التغذية على نطاق عالمي. أدت ممارسات مكافحة الآفات الحالية التي تنطوي على الاستخدام المفرط للمبيدات الحشرية الاصطناعية على مدى سنوات عديدة إلى مقاومة المن لعدد من المبيدات الحشرية. في الطبيعة، تنتج النباتات مستقلبات ثانوية أثناء تفاعلها مع الحشرات ويمكن أن تعمل هذه المستقلبات كمواد سامة ومضادات للأورام وعوامل مضادة للأورام ورادعة تجاه الحشرات. في دراسة سابقة، أظهرنا أن جزء البيوتانول من مستخلص الميثانول الخام لأنواع نباتية مهمة، Isodon rugosus أظهر نشاطًا قويًا للمبيدات الحشرية ضد من البازلاء، Acyrthosiphon pisum. لمزيد من استكشاف هذه النتيجة، تهدف الدراسة الحالية إلى استغلال استراتيجية موجهة للنشاط الحيوي لعزل وتحديد المركب النشط في جزء البيوتانول من I. rugosus. على هذا النحو، تم استخدام كروماتوغرافيا فلاش عكسية الطور والاستخلاص الحمضي وتقنيات مطيافية مختلفة لعزل وتحديد المركب الجديد، حمض روزمارينيك، كمركب نشط بيولوجيًا في I. rugosus. تم تقييم إمكانات المبيدات الحشرية لحمض الروزمارينيك ضد A. pisum باستخدام بروتوكولات قياسية وتم تحليل البيانات التي تم الحصول عليها باستخدام مناهج إحصائية نوعية وكمية. بالنظر إلى أن التركيز المنخفض جدًا لهذا المركب (LC90 = 5.4 جزء في المليون) يسبب وفيات كبيرة في A. pisum في غضون 24 ساعة، يمكن استغلال حمض روزمارينيك كمبيد حشري قوي ضد هذه الحشرة الآفات الهامة. علاوة على ذلك، يستخدم I. rugosus بالفعل للأغراض الطبية ومن المعروف أن حمض روزمارينيك يقلل من التأثيرات السامة للجينات الناجمة عن المواد الكيميائية، وبالتالي من المتوقع أن يكون أكثر أمانًا مقارنة بالمبيدات الحشرية التقليدية الحالية. في حين أن هذه الدراسة تسلط الضوء على إمكانات I. rugosus كمصدر محتمل للمبيدات الحيوية ضد A. pisum، إلا أنها توفر أيضًا الأساس لمزيد من الاستكشاف وتطوير التركيبات للتطبيق الميداني الفعال.

Translated Description (French)

Les pucerons sont des insectes ravageurs agricoles qui transmettent des virus et causent des dommages à l'alimentation à l'échelle mondiale. Les pratiques actuelles de lutte antiparasitaire impliquant l'utilisation excessive d'insecticides de synthèse pendant de nombreuses années ont entraîné une résistance des pucerons à un certain nombre de pesticides. Dans la nature, les plantes produisent des métabolites secondaires lors de leur interaction avec les insectes et ces métabolites peuvent agir comme des toxiques, des antifeedants, des agents anti-oviposition et des dissuasifs envers les insectes. Dans une étude précédente, nous avons démontré que la fraction butanol d'un extrait méthanolique brut d'une espèce végétale importante, Isodon rugosus, présentait une forte activité insecticide contre le puceron du pois, Acyrthosiphon pisum. Pour explorer davantage cette découverte, la présente étude visait à exploiter une stratégie guidée par la bioactivité pour isoler et identifier le composé actif dans la fraction butanolique de I. rugosus. En tant que tel, la chromatographie flash en phase inversée, l'extraction acide et différentes techniques spectroscopiques ont été utilisées pour isoler et identifier le nouveau composé, l'acide rosmarinique, en tant que composé bioactif chez I. rugosus. Le potentiel insecticide de l'acide rosmarinique contre A. pisum a été évalué à l'aide de protocoles standard et les données obtenues ont été analysées à l'aide d'approches statistiques qualitatives et quantitatives. Considérant qu'une très faible concentration de ce composé (LC90 = 5,4 ppm) provoque une mortalité importante chez A. pisum dans les 24 h, l'acide rosmarinique pourrait être exploité comme insecticide puissant contre cet insecte nuisible important. En outre, I. rugosus est déjà utilisé à des fins médicinales et l'acide rosmarinique est connu pour réduire les effets génotoxiques induits par les produits chimiques, il devrait donc être plus sûr par rapport aux pesticides conventionnels actuels. Bien que cette étude mette en évidence le potentiel d'I. rugosus en tant que source possible de biopesticide contre A. pisum, elle fournit également la base pour une exploration et un développement ultérieurs de formulations pour une application efficace sur le terrain.

Translated Description (Spanish)

Los áfidos son insectos plaga agrícolas que transmiten virus y causan daños en la alimentación a escala mundial. Las prácticas actuales de control de plagas que implican el uso excesivo de insecticidas sintéticos durante muchos años han dado lugar a la resistencia de los áfidos a una serie de plaguicidas. En la naturaleza, las plantas producen metabolitos secundarios durante su interacción con los insectos y estos metabolitos pueden actuar como tóxicos, antialimentarios, agentes anti-oviposición y disuasivos hacia los insectos. En un estudio previo, demostramos que la fracción de butanol de un extracto metanólico crudo de una especie vegetal importante, Isodon rugosus, mostró una fuerte actividad insecticida contra el pulgón del guisante, Acyrthosiphon pisum. Para explorar más a fondo este hallazgo, el estudio actual tuvo como objetivo explotar una estrategia guiada por la bioactividad para aislar e identificar el compuesto activo en la fracción de butanol de I. rugosus. Como tal, se utilizó cromatografía ultrarrápida de fase inversa, extracción ácida y diferentes técnicas espectroscópicas para aislar e identificar el nuevo compuesto, ácido rosmarínico, como el compuesto bioactivo en I. rugosus. El potencial insecticida del ácido rosmarínico contra A. pisum se evaluó utilizando protocolos estándar y los datos obtenidos se analizaron utilizando enfoques estadísticos cualitativos y cuantitativos. Teniendo en cuenta que una concentración muy baja de este compuesto (LC90 = 5.4 ppm) causa una mortalidad significativa en A. pisum en 24 h, el ácido rosmarínico podría explotarse como un potente insecticida contra este importante insecto plaga. Además, I. rugosus ya se utiliza con fines medicinales y se sabe que el ácido rosmarínico reduce los efectos genotóxicos inducidos por productos químicos, por lo que se espera que sea más seguro en comparación con los plaguicidas convencionales actuales. Si bien este estudio destaca el potencial de I. rugosus como posible fuente de biopesticidas contra A. pisum, también proporciona la base para una mayor exploración y desarrollo de formulaciones para una aplicación efectiva en el campo.

Files

journal.pone.0215048&type=printable.pdf

Files (1.2 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:75fd21fb27d77e2985324f627f6d0122
1.2 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
عزل موجه بالنشاط الحيوي لحمض روزمارينيك كمركب نشط بيولوجيًا رئيسي من مستخلص البيوتانول من إيزودون روجوسوس ضد من البازلاء، أسيرثوسيفون بيزوم
Translated title (French)
Isolement guidé par la bioactivité de l'acide rosmarinique en tant que principal composé bioactif de l'extrait de butanol d'Isodon rugosus contre le puceron du pois, Acyrthosiphon pisum
Translated title (Spanish)
Aislamiento guiado por bioactividad del ácido rosmarínico como el principal compuesto bioactivo del extracto de butanol de Isodon rugosus contra el pulgón del guisante, Acyrthosiphon pisum

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2953558991
DOI
10.1371/journal.pone.0215048

Is supplement to
https://openalex.org/W975024659 (Other)
https://openalex.org/W4312632313 (Other)
https://openalex.org/W4234032847 (Other)
https://openalex.org/W2757015915 (Other)
https://openalex.org/W2314580100 (Other)
https://openalex.org/W2177135069 (Other)
https://openalex.org/W2005196292 (Other)
https://openalex.org/W1997194811 (Other)
https://openalex.org/W1965555269 (Other)
https://openalex.org/W1524745015 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Pakistan

References

  • https://openalex.org/W116067267
  • https://openalex.org/W1441406556
  • https://openalex.org/W1965116185
  • https://openalex.org/W1971336938
  • https://openalex.org/W1974125530
  • https://openalex.org/W1989286194
  • https://openalex.org/W1991223201
  • https://openalex.org/W2005903997
  • https://openalex.org/W2012723811
  • https://openalex.org/W2018297100
  • https://openalex.org/W2021619705
  • https://openalex.org/W2032396968
  • https://openalex.org/W2047369469
  • https://openalex.org/W2048784984
  • https://openalex.org/W2061220510
  • https://openalex.org/W2084388654
  • https://openalex.org/W2086641907
  • https://openalex.org/W2095313993
  • https://openalex.org/W2095868282
  • https://openalex.org/W2096125280
  • https://openalex.org/W2107709516
  • https://openalex.org/W2124685189
  • https://openalex.org/W2133465603
  • https://openalex.org/W2136802406
  • https://openalex.org/W2146383080
  • https://openalex.org/W2149591215
  • https://openalex.org/W2154720983
  • https://openalex.org/W2156980476
  • https://openalex.org/W2171782760
  • https://openalex.org/W2183108628
  • https://openalex.org/W2312573625
  • https://openalex.org/W2318916653
  • https://openalex.org/W2324292687
  • https://openalex.org/W2341263312
  • https://openalex.org/W2343420001
  • https://openalex.org/W2571755376
  • https://openalex.org/W2574265632
  • https://openalex.org/W2593324265
  • https://openalex.org/W2914992200
  • https://openalex.org/W4246197680
  • https://openalex.org/W4253160811
  • https://openalex.org/W62782768