Особенности роста и накопления полифенольных соединений в каллусных культурах лаванды узколистной (Lavandula angustifolia Mill.)

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Определены ростовые характеристики и компонентный состав полифенольных соединений каллусных культур клеток лаванды узколистной (Lavandula angustifolia Mill.), выращенных на питательных средах различного состава. Одним из продуктивных биотехнологических подходов к регуляции синтеза вторичных метаболитов является добавление в питательную среду фитогормонов. Было установлено, что на накопление фенольных соединений (фенольных кислот, флавоноидов, антоцианов) может положительно влиять присутствие α-нафтилуксусной кислоты (НУК), 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты (2,4-Д), 6-бензиламинопурина (БАП) и кинетина. Для каждой питательной среды были построены кривые роста и рассчитаны ростовые параметры. Анализ, проведенный с использованием методов обратнофазной ВЭЖХ с УФ-спектрофотометрической детекцией, позволил выявить во всех образцах каллусных культур лаванды розмариновую кислоту в качестве мажорного соединения. Выявлены закономерности накопления розмариновой кислоты под влиянием таких факторов, как освещенность и состав питательной среды. Из четырех исследованных сред наиболее высокие значения ростовых параметров и содержания розмариновой кислоты (1.26 ± 0.13%) были получены на среде, содержащей 2.0 мг/л α-НУК и 0.1 мг/л БАП.

Full Text

Restricted Access

About the authors

П. А. Иванов

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования “Санкт-Петербургский государственный химико-фармацевтический университет” Министерства здравоохранения Российской Федерации

Author for correspondence.
Email: maria.povydysh@pharminnotech.com
Russian Federation, Санкт-Петербург

В. А. Хабаров

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования “Санкт-Петербургский государственный химико-фармацевтический университет” Министерства здравоохранения Российской Федерации

Email: maria.povydysh@pharminnotech.com
Russian Federation, Санкт-Петербург

Д. А. Некрасова

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования “Санкт-Петербургский государственный химико-фармацевтический университет” Министерства здравоохранения Российской Федерации

Email: maria.povydysh@pharminnotech.com
Russian Federation, Санкт-Петербург

Н. С. Пивоварова

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования “Санкт-Петербургский государственный химико-фармацевтический университет” Министерства здравоохранения Российской Федерации

Email: maria.povydysh@pharminnotech.com
Russian Federation, Санкт-Петербург

А. К. Уэйли

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования “Санкт-Петербургский государственный химико-фармацевтический университет” Министерства здравоохранения Российской Федерации

Email: maria.povydysh@pharminnotech.com
Russian Federation, Санкт-Петербург

М. Н. Повыдыш

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования “Санкт-Петербургский государственный химико-фармацевтический университет” Министерства здравоохранения Российской Федерации

Email: maria.povydysh@pharminnotech.com
Russian Federation, Санкт-Петербург

References

  1. Popova E.V., Nosov A.V., Titova M.V., Kochkin D.V., Fomenkov A.A., Kulichenko I.E., Nosov A.M. Advanced biotechnologies: Collections of plant cell cultures as a basis for development and production of medicinal preparations // Russ. J. Plant. Physiol. 2021. V. 68. P. 385. https://doi.org/10.1134/S102144372103016X
  2. Karuppusamy S. A review on trends in production of secondary metabolites from higher plants by in vitro tissue, organ and cell cultures // J. Med. Plants. Res. 2009. V. 3. P. 1222.
  3. Kirimer N., Mokhtarzadeh S., Demirci B., Goger F., Khawar K.M., Demirci F. Phytochemical profiling of volatile components of Lavandula angustifolia Miller propagated under in vitro conditions // Ind. Crops Prod. 2017. V. 96. P. 120. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2016.11.061
  4. Woronuk G., Demissie Z., Rheault M., Mahmoud S. Biosynthesis and therapeutic properties of Lavandula essential oil constituents // Planta Med. 2011. V. 77. P. 7. https://doi.org/10.1055/s-0030-1250136
  5. Stanciu G.A., Aonofriesei F., Lupsor S.I., Popescu A.N., Sirbu R.O. Study of phenolic compounds and antimicrobial activity of Lavandula angustifolia flowers macerates // Rev. de Chim. 2019. V. 70. P. 1800.
  6. Adaszyńska-Skwirzyńska M., Dzięcioł M. Comparison of phenolic acids and flavonoids contents in various cultivars and parts of common lavender (Lavandula angustifolia) derived from Poland // Nat. Prod. Res. 2017. V. 31. P. 2575. https://doi.org/10.1080/14786419.2017.1320792
  7. Batiha G.E., Teibo J.O., Wasef L.G., Shaheen H.M., Akomolafe A.P., Teibo T.K., Al-kuraishy H.M., Al-Garbeeb A.I., Alexiou A., Papadakis M. A review of the bioactive components and pharmacological properties of Lavandula species // Naunyn-Schmiedeberg’s Arch. Pharmacol. 2023. V. 396. P. 877. https://doi.org/10.1007/s00210-023-02392-x
  8. Bouyahya A., Chamkhi I., El Menyiy N., El Moudden H., Harhar H., El Idrissi Z.L., Khouchlaa A., Jouadi I., El Baaboua A., Taha D., Balahbib A., Khalid A., Abdalla A.N., Zengin G., Simal-Gandara J., El Omari N. Traditional use, phytochemistry, toxicology, and pharmacological properties of Lavandula dentata L.: a comprehensive review // S. Afr. J. Bot. 2023. V. 154. P. 67. https://doi.org/10.1016/j.sajb.2023.01.023
  9. Saeed F., Afzaal M., Raza M.A., Rasheed A., Hussain M., Nayik G.A., Ansari M.J., 2023. Lavender essential oil: Nutritional, compositional, and therapeutic insights // Essential Oils / Eds. G.A. Nayik, M.J. Ansari. Cambridge: Academic Press, 2023. P. 85.
  10. Yadikar N., Bobakulov K., Li G. Aisa H.A. Seven new phenolic compounds from Lavandula angustifolia // Phytochem. Lett. V. 23. P. 149. https://doi.org/10.1016/j.phytol.2017.12.005
  11. Al-Bakhit A.A., Sawwan J.S. and Al-Mahmoud M.S. In vitro propagation of two Lavandula species: Lavandula angustifolia and Lavandula latifolia L. Medica // Jordan J. Agricult. Sci. 2007. V. 3. P. 16.
  12. Gonçalves S., Romano A. In vitro culture of lavenders (Lavandula spp.) and the production of secondary metabolites // Biotechnol. Adv. 2013. V. 31. P. 166. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2012.09.006
  13. Пивоварова Н.С., Шебитченко Т.С., Некрасова Д.А., Данилова А.А., Бугаев А.С., Бронских Е.Д., Повыдыш М.Н. Новые объекты в коллекции культур клеток высших растений Санкт-Петербургского Химико-Фармацевтического Университета // Сандеровские чтения. Сборник материалов конференции, посвященной памяти выдающегося отечественного ученого в области технологии лекарств Ю.К. Сандера / Под ред. Маймистова Д.Н. и др. Санкт-Петербург: СПХФУ, 2023. С. 198.
  14. Murashige T., Skoog F. A revised medium for rapid growth and bio-assays with tobacco tissue cultures // Physiol. Plant. 1962. V. 15. P. 473.
  15. Егорова Н.А. Изменчивость каллусных культур лаванды при длительном пассировании in vitro // Таврич. вестн. аграр. науки. 2017. T. 1. С. 15.
  16. Якимова О.В. Морфогенез in vitro и клональное микроразмножение перспективных эфиромасличных растений семейства Lamiaceae – Melissa officinalis L. и Origanum vulgare L. Дисс. … канд. биол. наук. Симферополь: ФГБУН “НИИСХ Крыма”, 2019. 192 c.
  17. Nishikawa K., Shimomura K., Kayano T., Yoshihira K., Ishimaru K., Flavonoids in Callus Cultures of Scutellaria baicalensis // Japanese J. Food Chem. Saf. 1996. V. 3. P. 35.
  18. Юрин В.М., Дитченко Т.И., Молчан О.В., Шапчиц М.П., Ромашко С.Н., Булатова А.А., Логвина А.О. Культура растительных клеток и тканей: технология получения, разнообразие фармакологически активных метаболитов и приемы регуляции их синтеза // Труды Белорус. гос. ун-та. 2009. Т. 4. С. 168.
  19. Государственная фармакопея Российской Федерации. XIV изд. Т. 1, М.: Мин-во здравоохранения, 2018. 1814 с.
  20. Lamuela‐Raventós R.M. Folin–Ciocalteu method for the measurement of total phenolic content and antioxidant capacity: recent trends and applications // Measurement of antioxidant activity & capacity/ Eds. R. Apak, E. Capanoglu, F. Shahidi, Hoboken. John Wiley & Sons Ltd., 2018. P. 107. https://doi.org/10.1002/9781119135388.ch6
  21. Иванов П.А., Хабаров В.А. Изучение полифенольного комплекса культуры клеток лаванды узколистной (Lavandula angustifolia L.) // Молодая фармация – потенциал будущего: Сборник материалов XII всероссийской научной конференции студентов и аспирантов с международным участием / Под ред. Д.Н. Маймистова. Санкт-Петербург: ФГБОУ ВО СПХФУ, 2022. С. 172.
  22. Marchev A.S., Vasileva L.V., Amirova K.M., Savova M.S., Koycheva I.K., Balcheva-Sivenova Z.P., Vasileva S.M., Georgiev M.I. Rosmarinic acid-from bench to valuable applications in food industry // Trends Food Sci. Technol. 2021. V. 117. P. 182. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2021.03.015
  23. Stansbury J. Rosmarinic acid as a novel agent in the treatment of allergies and asthma // J. Restor. Med. 2014. V. 3. P. 121. http://dx.doi.org/10.14200/jrm.2014.3.0109
  24. Noor S., Mohammad T., Rub M. A., Raza A., Azum N., Yadav D.K., Hassan M.I., Asiri A.M. Biomedical features and therapeutic potential of rosmarinic acid // Arch. Pharm. Res. 2022. V. 45. P. 205. https://doi.org/10.1007/s12272-022-01378-2
  25. Ngo Y.L., Lau C.H., Chua L.S. Review on rosmarinic acid extraction, fractionation and its anti-diabetic potential // Food Chem. Toxicol. 2018. V. 121. P. 687. https://doi.org/10.1016/j.fct.2018.09.064
  26. Alagawany M., Abd El-Hack M.E., Farag M.R., Gopi M., Karthik K., Malik Y.S., Dhama K. Rosmarinic acid: modes of action, medicinal values and health benefits // Anim. Health Res. Rev. 2017. V. 18. P.167. https://doi.org/10.1017/S1466252317000081
  27. Khojasteh A., Mirjalili M.H., Hidalgo D., Corchete P., Palazon J. New trends in biotechnological production of rosmarinic acid // Biotechnol. Lett. 2014. V. 36. P. 2393. https://doi.org/10.1007/s10529-014-1640-0
  28. Kim G.D., Park Y.S., Jin Y.H., Park C.S. Production and applications of rosmarinic acid and structurally related compounds // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2015. V. 99. P. 2083. https://doi.org/10.1007/s00253-015-6395-6
  29. Khojasteh A., Mirjalili M.H., Alcalde M.A., Cusido R.M., Eibl R., Palazon J. Powerful plant antioxidants: A new biosustainable approach to the production of rosmarinic acid // Antioxidants. 2020. V. 9. P. 1273. https://doi.org/10.3390/antiox9121273
  30. Xu H., Kim Y.K., Jin X., Lee S.Y., Park S.U. Rosmarinic acid biosynthesis in callus and cell cultures of Agastache rugosa Kuntze // J. Med. Plants Res. 2008. V. 2. P. 237. https://doi.org/10.5897/JMPR.9001095
  31. Petersen M., Szabo E., Meinhard J., Karwatzki B., Gertlowski C., Kempin B., Fuß E. Biosynthesis and accumulation of rosmarinic acid in suspension cultures of Coleus blumei // Plant Cell, Tissue Organ Cult. 1995. V. 43. P. 89. https://doi.org/10.1007/BF00052161
  32. Hippolyte I., Marin B., Baccou J.C., Jonard R. Growth and rosmarinic acid production in cell suspension cultures of Salvia officinalis L. // Plant Cell Rep. 1992. V. 11 P. 109. https://doi.org/10.1007/BF00232160

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Microphotograph of a callus culture of L. angustifolia

Download (16KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Cell growth curves of callus culture L. angustifolia in a semi-logarithmic coordinate system under light (a) and dark (b) lighting modes on nutrient media containing: 1 – α-NAA (2.0 mg/l) + kinetin (0.001 mg/l ); 2 – 2,4-D (2.0 mg/l) + BAP (2.0 mg/l); 3 – α-NAA (1.0 mg/l) + BAP (0.5 mg/l); 4 – α-NAA (2.0 mg/l) + + BAP (0.1 mg/l).

Download (31KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Dynamics of the content of phenolic compounds in callus cell culture of L. angustifolia under light (a) and dark (b) modes of cultivation on media containing: 1 – α-NAA (2.0 mg/l) + kinetin (0.001 mg/l) ; 2 – 2,4-D (2.0 mg/l) + BAP (2.0 mg/l); 3 – α-NAA (1.0 mg/l) + BAP (0.5 mg/l); 4 – α-NAA (2.0 mg/l) + + BAP (0.1 mg/l).

Download (61KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. HPLC chromatograms of 96% ethanol extract of L. angustifolia flowers (a) and callus culture 2H (b).

Download (46KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences