Investigation of the Variability of Alkaloids in Buxus sempervirens L. Using Multivariate Data Analysis of LC/MS Profiles

Buxus sempervirens L. is a common ornamental plant in southern and central Europe, and has been used ethopharmacologically against a wide variety of diseases due to it containing nor-triterpene alkaloids of the nor-cycloartane type. Recently, we demonstrated the interesting antiprotozoal potential of some of these compounds. To characterize the temporal variability in the alkaloid profile of two different varieties and their leaves and twigs, 30 different extracts of B. sempervirens were evaluated by Ultra High Performance Liquid Chromatography/positive Mode-Electrospray Ionization Quadrupole Time-of-Flight-Tandem Mass Spectrometry (UHPLC/+ESI-QqTOF-MS/MS). The analytical profiles were thoroughly investigated by various methods of multivariate data analysis (MVDA). A principal component analysis (PCA) model elucidates the seasonal variation in the phytochemical composition of B. sempervirens var. arborescens and suffruticosa along with differences between the varieties. Analysis of a volcano plot illustrated the differences between the two organs, the leaf and twig. Eighteen compounds were highlighted by the models as constituents of the plant characteristic for a season, variety or organ. These compounds were dereplicated based on their chromatographic and +ESI-QqTOF-MS and –MS/MS data. In addition, mass spectral fragmentation pathways for already known alkaloids as well as new natural products could be postulated for the first time. In conclusion, the MVDA models give detailed information on the temporal variability in the alkaloid profile of two different varieties and their organs (leaf vs. twig) of B. sempervirens. Thus, the results of this study allow, e.g., the identification of characteristic compounds for the different varieties, plant organs, seasons, and the optimal harvesting time for the isolation of particular Buxus-alkaloids of interest for subsequent studies.

ТЕХНОЛОГІЯ ЖИВЦЮВАННЯ НАЙБІЛЬШ ПОШИРЕНИХ ВІЧНОЗЕЛЕНИХ ДЕРЕВ ТА ЧАГАРНИКІВ В УМОВАХ ВОЛИНСЬКОЇ ОБЛАСТІ

У статті описано корисні властивості вічнозелених дерев та чагарників як важливої і невід’ємної частини життя людства і нашої планети в цілому. Особлива увага приділена технології розмноження хвойних і листяних вічнозелених дерев, чагарників, а саме живцюванню, яке проводиться для збільшення їх видової різноманітності та кількісного складу, створення високодекоративних та екологічно-стійких зелених насаджень, а також з метою скорочення термінів вирощування садивного матеріалу для сучасних урбогенних умов, що набули в останні десятиліття глобального характеру. Вивчено методику живцювання дерев та чагарників, досліджено відсоток приживання та темпи росту найпоширеніших на Волині вічнозелених рослин з метою їх подальшого використання для озеленення населених пунктів. Об’єктом дослідження були вічнозелені дерева та чагарники, зокрема вивчалися вічнозелені рослини Thuja occidentalis L. «Columna», Thuja occidentalis L. «Clobosa», Thuja occidentalis L. «Ericoides», Thuja occidentalis L. «Aurea Ellvangeriana», Juniperus sabina L., Juniperus communis L. «Hibernica», Picea pungens Engelms «Glauca», Buxus sempervirens L. При проведенні досліджень були застосовані методи порівняльного аналізу та синтезу інформації, спостереження, опису, узагальнення, а також був застосований системний і польовий методи, математико-статистичний метод. Під час дослідження здійснювали вимірювання та спостереження за висадженими живцями в теплиці та їх кількістю, визначали кількість прижитих і висаджених живців у відкритий ґрунт, розраховували співвідношення живців, що прижилися, до загальної кількості висаджених, вимірювали середні розміри підземної і надземної частин рослин, визначали рослини, які найкраще приживаються і ростуть в природно-кліматичних умовах Волинської області.

Survival of SSG, an Endophytic Burkholderia Biocontrol Agent, on the Boxwood Leaf Surface

Survival of Burkholderia cepacia complex (Bcc)-based biocontrol agents (BCA) has been associated with their field performance for foliage disease control. SSG, a strain of boxwood endophytic Bcc, suppresses a broad spectrum of plant foliage diseases, including boxwood blight, but the control efficacy declines over time. Factors affecting SSG survival on leaf surfaces were investigated to promote the application of the BCA for boxwood blight management. ‘Justin Brouwers' boxwood plants were treated with SSG cells at 107 to 108 colony-forming unit (CFU)·ml−1, maintained in a moist chamber at 10, 20, or 30 C (50, 68, 86 F), and sampled after the inoculum was blow-dried at 0, 3, 6, 12, and 24 h after treatment. The retained cells per leaf at 0 hours was 105 to 106 CFU, but only less than 10% of the cells survived 24 h after application, irrespective of the wet period and temperature. A wet condition of 12 and 24 h at 20 and 30 C facilitated SSG survival on the second day. Further survival of SSG was affected by temperature but not wetness. Damp conditions and pleasant temperatures can improve bacteria survival and stability and are keys to promoting BCA field applications. Index words: Biocontrol agent, endophyte, survival on plant surfaces, temperature, wetness. Species used in this study: Bacterium strain, SSG (Burkholderia sp);Plant species: Buxus sempervirens L. ‘Justin Brouwers'.

PRELIMINARY ESTIMATION OF THE INFLUENCE OF CYDALIMA PERSPECTALIS INVASION ON THE SPECIES COMPOSITION AND STRUCTURE OF EARTHWORM POPULATION (OLIGOCHAETA: LUMBRICIDAE, ACANTHODRILIDAE) IN THE RANGE OF BUXUS SEMPERVIRENS (WESTERN CAUCASUS)

The earthworm fauna and population structure in Colchic ecosystems of the southern slope in the Western Caucasus were studied. First, in May 2013 we have sampled earthworms of the forest communities. This research was repeated in 2018 after Buxus sempervirens L. destruction by Cydalima perspectalis Walker (Lepidoptera, Crambidae). Altogether 13 earthworm species were registered in the soils of original B. sempervirens phytocenose and derived phytocenoses of the Western Caucasus. Endemicity of earthworms in the study area was higher than in most regions of Russia. The earthworm samples in 2013 and 2018 were similar in species composition, but differed in terms of dominant species. The structure of the earthworm population in the soils of the secondary phytocenoses has become closer to the earthworm communities of the other forests in the Western Caucasus. Analysis of the relative position of taxocenes in 2013 and 2018 space NMDS model, allows to put forward a hypothesis about the reduction of their total "ecological niche" after the disappearance of B. sempervirens . We believe that a broader “ecological niche” in 2013 is associated with a greater mosaicism (diversity) of the worm habitat formed by boxwood communities.

Склад, екологічна структура та декоративність живоплотів в урбанізованому середовищі Чернівців

Наведено результати досліджень видового складу, просторової, екологічної та вікової структури живоплотів урбанізованого середовища Чернівців. Здійснено комплексне оцінювання якісного стану та декоративності живоплотів у міських зелених зонах та запропоновано заходи з покращення їх декоративності, якісного стану і функціональності. Встановлено, що для дендрофлори живоплотів Чернівців характерне незначне видове різноманіття, зокрема 17 видів деревних рослин із 13 родів та 12 родин. В озелененні міста на територіях загального користування, а також на територіях державних установ і підприємств переважно формують живі огорожі із самшиту вічнозеленого (Buxus sempervirens L.), пухироплідника калинолистого (Physocarpus opulifolius (L.) Maxim.), свидини білої (Cornus alba (L.) Opiz.,), спіреї середньої (Sріraea media Schmidt.) та спіреї Вангутта (Spiraea vanhouttei Zab.). Переважна більшість живоплотів міста розміщена на територіях загального користування (48,8 %) та сформована із одного деревного виду – 98,3 %. За екологічною структурою найчисельнішою в живоплотах відносно трофності ґрунтового субстрату є група мезотрофних деревних рослин – 70,5 %, а відносно вологості ґрунтового субстрату – група мезофітних деревних рослин – 70,6 %. За просторовою структурою серед живих огорож міста найпоширенішими є однорядні – 83,5 % та середні за висотою живоплоти – 63,6 %. Частка бордюрних живоплотів, створених переважно із спіреї середньої, самшиту вічнозеленого та барбарису Тунберга (Berberis thunbergii DC.), є незначною та становить тільки 10,7 %. За віковою структурою в насадженнях міста найпоширенішими є 21-30-річні живоплоти – 57,9 %, а живих огорож віком понад 50 років не виявлено зовсім. Найвища оцінка декоративності у зелених зонах міста характерна для живоплотів, сформованих з барбарису Тунберга, бирючини звичайної (Ligustrum vulgare L.), садового жасмину звичайного (Philadelphus coronarius L.), сніжноягідника білого (Symphoricarpos albus (L.) Blake), спіреї середньої, спіреї Вангутта, свидини білої, свидини криваво-червоної (Cornus sanguinea (L.) Opiz.) та самшиту вічнозеленого. За якісним станом більшість живоплотів у зелених зонах Чернівців належать до категорії "добрих" – 43,0 %, однак частка живих огорож "незадовільного" якісного стану є досить значною та становить 22,3 %. Належне фінансування проведення необхідних агротехнічних заходів та ефективна садово-парково-господарська діяльність сприятимуть покращенню якісного стану, декоративності та естетичної привабливості живоплотів, підвищення їх стійкості до несприятливого антропогенного впливу в урбанізованому середовищі.

Differential Tolerance to Calonectria pseudonaviculata of English Boxwood Plants Associated with the Complexity of Culturable Fungal and Bacterial Endophyte Communities

Isolated boxwood endophytes have been demonstrated to effectively protect boxwood plants from infection by Calonectria pseudonaviculata (Cps). However, the roles of endophytes as communities in plant defense are not clear. Here, we demonstrated differential tolerance to Cps of English boxwood (Buxus sempervirens ‘Suffruticosa’), an iconic landscape plant and generally regarded as highly susceptible, and its link to endophyte complexity. Fifteen boxwood twig samples were collected in triplicates from three historic gardens—Colonial Williamsburg, George Washington’s Mount Vernon and River Farm, and Virginia Tech’s research farm in Virginia Beach in the summer and fall of 2019. A portion of individual samples was inoculated with Cps under controlled conditions. Significant differences in disease severity were observed among samples but not between the two seasons. Examining the endophyte cultures of the summer samples revealed that bacterial and fungal abundance was negatively and positively correlated with the disease severity. Nanopore metagenomics analysis on genomic DNA of the tolerant and susceptible group representatives confirmed the associations. Specifically, tolerant English boxwood plants had an endophyte community dominated by Bacilli and Betaproteobacteria, while susceptible ones had a distinct endophyte community dominated by Gammaproteobacteria, Actinobacteria, and diverse fungi. These findings may lead to boxwood health management innovations—devising and utilizing cultural practices to manipulate and increase the abundance and performance of beneficial endophytes for enhanced boxwood resistance to Cps.

Identification of Antiprotozoal Compounds from Buxus sempervirens L. by PLS-Prediction

Various nor-triterpene alkaloids of Buxus (B.) sempervirens L. have shown remarkable in vitro activity against the causative agents of tropical malaria and East African sleeping sickness. To identify further antiprotozoal compounds of this plant, 20 different fractions of B. sempervirens L., exhibiting a wide range of in vitro bioactivity, were analyzed by UHPLC/+ESI-QqTOF-MS/MS. The analytical profiles were investigated by partial least squares regression (PLS) for correlations between the intensity of LC/MS signals, bioactivity and cytotoxicity. The resulting models highlighted several compounds as mainly responsible for the antiprotozoal activity and thus, worthwhile for subsequent isolation. These compounds were dereplicated based on their mass spectra in comparison with isolated compounds recently reported by us and with literature data. Moreover, an estimation of the cytotoxicity of the highlighted compounds was derived from an additional PLS model in order to identify plant constituents with strong selectivity. In conclusion, high levels of antitrypanosomal and antiplasmodial activity were predicted for eight and four compounds, respectively. These include three hitherto unknown constituents of B. sempervirens L., presumably new natural products.

Knufia peltigerae. [Descriptions of Fungi and Bacteria].

A description is provided for Knufia peltigerae found on degraded thalli of Peltigera canina. Information on its morphology, habitats, dispersal and transmission and conservation status is given, along with details of its geographical distribution (Greenland, Papua New Guinea, Turkey, Austria, Belgium, Czech Republic, Estonia, Finland, France, Germany, Luxembourg, Netherlands, Norway, Poland, Russia, Spain, Sweden, Switzerland, Ukraine, UK, Canada (Ontario), USA (Alaska) and Colombia) and associated organisms (Peltigera britannica, P. canina, P. rufescens (thallus), Peltigera sp., Buxus sempervirens and Pinus sylvestris).