Identification of Alternative New Candidate Molecules for the Control of Apple Bract Pest by Docking Method

Year 2024, Volume: 28 Issue: 2, 260 - 267, 23.08.2024

Nurcan Ersan Şeker , Vildan Atalay

https://doi.org/10.19113/sdufenbed.1370729

Abstract

Management of the codling moth (cydia pomonella) pest is an issue that causes serious losses in fruit production and has become a major problem for the agricultural sector. In this study, it was aimed to determine effective and natural drug molecules in the fight against codling moth by in silico method. Within the scope of this study, using Protein Data Bank and Dr. Duke databases, 97 plant active molecules with target protein 3rvz crystal structure and insecticidal properties were selected. A study was conducted using 42 molecules that gave the best results out of 97 plant active molecules and 5 commercial insecticides. Conformer screenings, geometry optimizations, and structure-activity relationship (SAR) analyzes of the selected molecules were carried out with the Spartan14.V1.14 program. Autodock Tools 1.5.6 and Autodock Vina programs were used for molecular docking studies, and BIOVIA Discovery Studio Visualizer program was used to visualize the ligand-protein interaction. The results obtained were evaluated using binding affinities, linear regression plots and amino acid interaction maps. As a result of the study, candidate molecules L-7, L-9, L-13, L-14, L-16, L-18, L-19, which provide good correlation and have to be biopesticides potential, stand out. It is recommended to examine these molecules experimentally in vivo.

Keywords

Codling Moth, Insecticide, Molecular Docking, Voltage Gated Sodium Channels

Elma İçkurdu Zararlısının Kontrolünde Alternatif Yeni Aday Moleküllerin Kenetlenme Metodu ile Belirlenmesi

Abstract

Elma içkurdu (cydia pomonella) zararlısının yönetimi, meyve üretiminde ciddi kayıplara neden olan ve tarım sektörü için büyük bir sorun haline gelen bir konudur. Bu çalışmada elma içkurdu ile mücadelede in siliko yöntemiyle etkili ve doğal ilaç moleküllerin belirlenmesi hedeflenmiştir. Bu çalışma kapsamında Protein Data Bank ve Dr. Duke veri tabanlarından faydalanarak hedef protein 3rvz kristal yapısı ve insektisit özelliği olan 97 adet bitki aktif molekülleri seçilmiştir. 97 adet bitki aktif moleküllerinden en iyi sonuç veren 42 molekül ve 5 adet ticari insektisit kullanılarak bir çalışma yapılmıştır. Seçilen moleküllerin konformer taramaları, geometri optimizasyonları, yapı-aktivite ilişkisi (SAR) analizleri Spartan14.V1.14 programıyla gerçekleştirilmiştir. Moleküller kenetlenme çalışmalarında Autodock Tools 1.5.6 ve Autodock Vina programları kullanılmış, ayrıca ligand-protein etkileşimini görselleştirmek için BIOVIA Discovery Studio Visualizer programı kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlar, bağlanma afiniteleri, lineer regresyon grafikleri ve aminoasit etkileşim haritaları kullanılarak değerlendirilmiştir. Yapılan çalışma sonucunda, iyi korelasyon sağlayan, biyopestisit olma potansiyeline sahip L-7, L-9, L-13, L-14, L-16, L-18, L-19 aday molekülleri öne çıkmaktadır. Bu moleküllerin in vivo deneysel olarak incelenmesi önerilmektedir.

Keywords

Elma içkurdu, İnseksitit, Moleküler Kenetlenme, Voltaj Kapılı Sodyum Kanalları

References

• [1] Tarım ve Orman Bakanlığı. https://arastirma.tarimorman.gov.tr/tepge/Belgeler/PDF/Tarım Ürünleri Piyasaları/ELMATÜPHAZİRAN2023-TEPGE.pdf (Erişim Tarihi: 28.07.2023)
• [2] Tarım ve Orman Bakanlığı. Bitki Zararlıları Zirai Mücadele Teknik Talimatları. https://www.tarimorman.gov.tr/TAGEM/Belgeler/yayin/Bitkizararlılarıziraimücadeletalimatları.pdf (Erişim Tarihi: 28.07.2023)
• [3] Jentsch, P. (2017). The resurgence of Codling Moth in the Hudson Valley. Fruit Quarterly, 25, 3.
• [4] Thaler, R., Brandstätter, A., Meraner, A., Chabicovski, M., Parson, W., Zelger, R., Dalla, J., Via, R. (2008). Dallinger, Molecular phylogeny and population structure of the codling moth (Cydia pomonella) in Central Europe: II. AFLP analysis reflects human-aided local adaptation of a global pest species, Molecular Phylogenetics and Evolution, 48(3), 838-849.
• [5] Yeşilırmak, M.M., Ay, R. (2023) Cydia pomonella (L)'da İnsektisit Direnci ve Mekanizmaları: Küresel Durum, Türk Bilim ve Mühendislik Dergisi, 5(1), 54-61.
• [6] Tarım ve Orman Bakanlığı. https://arastirma.tarimorman.gov.tr/zmmae/Belgeler/Sol%20Menu/Yay%C4%B1nlar/%C3%9Clkemizde%20Zirai%20M%C3%BCcadele%20Girdilerinin%20De%C4%9Ferlendirilmesi.pdf (Erişim Tarihi:17.07.2024)
• [7] Joshi N.K., Hull L.A., Krawczyk G. (2020). Insecticide Baseline Sensitivity in Codling Moth (Lepidoptera: Tortricidae) Populations From Orchards Under Different Management Practices. Jounal of Entomological Science, 55(1), 105-116.
• [8] Kadoić Balaško, M., Bažok, R., Mikac, K.M., Lemic, D., Pajač Živković, I. (2020). Pest Management Challenges and Control Practices in Codling Moth: A Review. Insects, 11, 38.
• [9] Pszczolkowski, M.A. (2023). Prospects of Codling Moth Management on Apples with Botanical Antifeedants and Repellents. Agriculture, 13, 311.
• [10] Berman, H. M., Westbrook, J., Feng, Z., Gilliland, G., Bhat, T. N., Weissig, H., Shindyalov, I. N., Bourne, P. E. 2000. The Protein Data Bank. Nucleic Acids Res, 28 235–242.
• [11] U.S. Department of Agriculture, Agricultural Research Service. 1992-2016. Dr. Duke's Phytochemical and Ethnobotanical Databases. Home Page, http://phytochem.nal.usda.gov/
• [12] Kim, S., Chen, J., Cheng, T., Gindulyte, A., He, J., He, S., Li, Q., Shoemaker, B. A., Thiessen, P. A., Yu, B., Zaslavsky, L., Zhang, J., Bolton, E. E. 2019. PubChem 2019 update: Improved access to chemical data. Nucleic Acids Res, 47(D1), 1102- 1009.
• [13] Spartan 14v1.1.4 (2014) Wavefunction, Inc., Irvine, CA. (https://www.wavefun.com/)
• [14] Stewart, J. J. P. 2007. Optimization of parameters for semiempirical methods V: Modification of NDDO approximations and application to 70 elements. Journal of Molecular Modeling, 13(12), 1173–1213.
• [15] Stewart, J. J. P. 2008. Application of the PM6 method to modeling the solid state. Journal of Molecular Modeling, 14(6), 499–535.
• [16] Morris, G.M., Huey R., Lindstrom W., Sanner M.F., Belew R.K., Goodsell D.S., Olson A.J. (2009). AutoDock4 and AutoDockTools4: Automated docking with selective receptor flexibility. Journal of Computational Chemistry, 30(16), 2785-2791.
• [17] Trott, O., Olson, A. (2010). AutoDock Vina: inproving the speed and accuracy of docking with a new scoring function, efficient optimization and multithreading. Journal of Computational Chemistry, 31(2), 455–461.
• [18] BIOVIA, Dassult Systѐmes, [Discovery Studio Client], [Software], San Diego: Dassault Systѐmes, [2021].
• [19] Daina, A., Michielin, O. & Zoete, V. (2017). SwissADME: a free web tool to evaluate pharmacokinetics, drug-likeness and medicinal chemistry friendliness of small molecules. Sci Rep 7, 42717.