In vitro cell cultures of Ginkgo biloba L., introduced in the moscow region are promising sources of substances with high biological activity

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

Intoduction. Ginkgo biloba (L.) are relict plants characterized by a limited area of growth, the valuable biomass of which is able to accumulate unique secondary metabolites that do not have synthetic analogues. Based on extracts of the leaves of ginkgo biloba, which have a nootropic effect. biologically active additives and medicines are produced – Tanakan, Bilobil, Ginkor gel, etc.. Plants of the genus Ginkgo grow in specialized microecological niches that limit their natural distribution area. It is known that biotic stress is one of the main environmental factors limiting the introduction of valuable plant species – possible sources of production of unique metabolites. Limiting environmental factors have a direct impact on the growth, development and productivity of secondary plant metabolism. Stress-resistant and highly productive plants can be created using cell biotechnology methods, in particular, in vitro cell selection, which is carried out on a callus culture. Therefore, at the first stage, it is necessary to develop in vitro technology for the rapid production of well-proliferating callus tissue with an increased content of secondary metabolites.

Purpose of the study. To study the effect of the vegetation and photoperiod, endogenous polyphenols on the formation of the callus tissue of sequoia (Ginkgo biloba (L.)) in vitro.

Material and methods. The object of the study was Ginkgo biloba (L.) plants. Callus tissue was obtained from segments of leaf blades that were isolated from intact plants. Explants were cultured on WPM nutrient medium containing BAP 2.0 mg/l and 2.0 mg/L 2,4-D. The localization of phenolic compounds was studied in Ginkgo leaves, as well as in callus tissue obtained under different lighting conditions. To do this, histochemical methods were used: for the sum of phenolic compounds, the material was stained with 0.08% Fast Blue reagent raster, a reaction with vanillin reagent in hydrochloric acid vapor was used to study the localization of flavans (catechins and proanthocyanidins).

Results. The intensity of callus tissue formation, its consistency and color were significantly influenced by the growing season and the applied lighting regime. A well-proliferating callus tissue of light yellow color was obtained by cultivation with no light source. At a 16-hour photoperiod, a dark brown callus tissue with green inclusions was formed, the growth of which was inhibited during cultivation. Explants collected in spring and summer had the best proliferative activity. As a rule, the formation of callus tissue occurred in places of minor localization of phenolic compounds. In initiated callus cultures grown in the dark, the content of cells with phenolic compounds was lower than that of callus obtained in the presence of lighting. Extracts of G. biloba L. callus cultures they exhibit low cytotoxicity and can be widely used as a safe raw material for phytopharmacognosy.

Sobre autores

S. Zaitseva

Russian State Agrarian University – Moscow Agricultural Academy named after K.A. Timiryazeva

Autor responsável pela correspondência
Email: smzaytseva@yandex.ru
ORCID ID: 0000-0001-9137-3774

Ph.D. (Biol.), Associate Professor, Department of Biotechnology

Rússia, 49 Timiryazevskay St., Moscow, 127434

Е. Kalashnikova

Russian State Agrarian University – Moscow Agricultural Academy named after K.A. Timiryazeva

Email: kalash0407@mail.ru
ORCID ID: 0000-0002-2655-1789

Dr.Sc. (Biol.), Professor, Department of Biotechnology

Rússia, 49 Timiryazevskay St., Moscow, 127434

R. Kirakosyan

Russian State Agrarian University – Moscow Agricultural Academy named after K.A. Timiryazeva

Email: mia41291@mail.ru
ORCID ID: 0000-0002-5244-4311

Ph.D. (Biol.), Associate Professor, Department of Biotechnology

Rússia, 49 Timiryazevskay St., Moscow, 127434

А. Balakina

Federal Research Center for Problems of Chemical Physics and Medical Chemistry

Email: stasya.balakina@gmail.com
ORCID ID: 0000-0002-5952-9211

Ph.D. (Biol.), Senior Research Scientist, Laboratory of Molecular Biology

Rússia, 1 Semenov avenue, Chernogolovka, Moscow region, 142432

Bibliografia

  1. Alekseeva G.M., Belodubrovskaya G.A., Blinova K.F. et al. Farmakognoziya. Lekarstvennoe siriyo rastitelnogo i zhivotnogo proiachozhdeniya. Pod red. G.P. Yakovlevoy. Sankt-Petersburg. SpetcLit 2013. (In Russ.).
  2. Nosov A.M. Regulyatsiya sintesa vtorichnich soedineniy v culture kletok rasteniy. Biologiya kultiviruemich kletok i biotekchnologiya rasteniy. R.G. Butenko (red.). M. Nauka. 1991. (In Russ.).
  3. Vasilev V.G., Prokopiev A.S., Kalabin G.A. Identificatciya terpenovikch laktonov i flavanolglikozidov v preparatakch na osnove ekstraktov Ginkgo biloba i noviy sposob polukolichestvennoy ocenki soderzhaniy flavanolglikozidov metodom spektroscopii YMR 1H. Kchimiya rastitelnogo siriya. 2016; 3: 85–93. (In Russ.).
  4. Kurkin A.V., Bulankin D.G., Daeva E.D., Kadencev V.I. Flavanoidi listev Ginkgo biloba. Kchimiya rastitelnogo siriya. 2012; 2: 85–88. (In Russ.).
  5. Tukavkina N.A. Bioflavanoidi. M.: Izdatelskiy dom "Russkiy vrach". 2002. 56 c. (In Russ.).
  6. Kuznetsova S.M., Kuznetsov V.V., Shulzhenko D.V. Primenenie ekstrakta Ginkgo biloba v sisteme reabilitacii bolnich, perenesshikch insult. Mezhdunarodniy nevrologicheskiy zhurnal. 2016; 5(83): 111–114. (In Russ.).
  7. Katunina E.A. Ginkgo biloba: itogi poluvekovogo opita primeneniya. Polimodalnost effektov Ginkgo biloba: eksperementalnie i klinicheskie issledovaniya. Nevrologiya i revmatologiya. Prilozhenie k zhurnalu Consilium Medicum. – 2013. – № 2. – С. 53–57. 2. (In Russ.).
  8. Kalashnikova E.A., Kletochnaya inzheneriya rasteniy. Uchebnik i praktikum dliya vuzov 2-e izdanie. M.: OOO “Izdatelstvo URAIT” 2022. 333s. (In Russ.).
  9. Zaprometov M.N. Fenolnie soedineniya i ikch rol v zhizni rasteniya. LVI Timiryazevskie chteniya. M.: Nauka. 1996. 45 с. (In Russ.).
  10. Justine Laoué, Catherine Fernandez and Elena Ormeño Plant Flavonoids in Mediterranean Species: A Focus on Flavonols as Protective Metabolites under Climate Stress. Plants. 2022; 11: 172.
  11. Xie Y., Xu D., Cui W., Shen W. Mutation of Arabidopsis HY1 causes UV-C hypersensitivity by impairing carotenoid and flavonoid biosynthesis and the down-regulation of antioxidant defence. Journal of Experimental Botany. 2012; 63(10): 3869–3883.
  12. Petukchova I.P., Denisov N.I. Opit introdukcii Ginkgo biloba L. na yuge dalnego vostoka Rossii. Vestnik krasnoyarskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2012; 1: 71–75. (In Russ.).
  13. Nicholas Tuatahi Davies, Hsin-Fu Wu, Clemens Michael Altaner The chemistry and bioactivity of various heartwood extracts from redwood (Sequoia sempervirens) against two species of fungi. New Zealand Journal of Forestry Science. 2014; 044, Articenumber: 17.
  14. Volinets A.P. Fenolnie soedineniya v zhizni rasteniy. Minsk: Belarus. Navyka. 2013; 283 с. (In Russ.).
  15. Szewczyk A., Kwiecień I., Grabowski M. et al. Phenylalanine Increases the Production of Antioxidant Phenolic Acids in Ginkgo biloba Cell Cultures. Molecules. 2021; 26: 4965.
  16. Nosov A.M. Ispolzovanie kletochnikch tekchnologiy dliya promishlennogo polucheniya biologicheski aktivnikch veshestv rastitelnogo proiskchozhdeniya. Biotechnology. 2010; 5: 8–28. (In Russ.).
  17. Qingjie Wang, Yang Jiang, Xinyu Mao et al. Integration of morphological, physiological, cytological, metabolome and transcriptome analyses reveal age inhibited accumulation of flavonoid biosynthesis in Ginkgo biloba leaves. Industrial Crops and Products. 2022; 187(Part B): 115405.
  18. Teplitskaya L.M., Chmeleva S.I., Buraga I.A., Buraga A.M. Osobennosti kallusogeneza v culture Ginkgo biloba L. Bulleten Nikitskogo botanicheskogo sada. 2010; vipusk 101. (In Russ.).
  19. McCown B.H., Lloyd G. Woody Plant Medium (WPM) – A Mineral Nutrient Formulation for Microculture of Woody Plant Species. HortScience. 1981; 16: 453-453.
  20. Soukupova J., Cvikrova M., Albrechtova J. et al. Histochemical and Biochemical Approaches to the Study of Phenolic Compounds and Peroxidases in Needles of Norway Spruce (Picea abies). New Phytol. 2000; 146: 403–414.
  21. Babushkina E.V., Smirnov P.D., Kostina O.V. i dr. Gistochimiya trikchom oficinalnikch predstaviteley semeystva Lamiaceae. Medicinskiy almanac. 2017; 3(48). (In Russ.).
  22. Lakin G.F. Biometriya: ucheb. posobie dliya boil. spets. vuzov. M.: Visshaya shkola. 1990; 352 с. (In Russ.).
  23. Zaytseva S.M., Kalashnikova E.A., Kirakosiyan R.N. Vliyanie enogennikch polifenolov, fotoperioda I mineralnogo sostava pitatelnoy sredi na formirovanie kallusnoy tkani reliktovikch golosemennikch rasteniy Sequoia sempervirens L. Voprosi biologicheskoy, farmatsevticheskoy i meditsinskoy kchimii. 2023; 26(3): 46–57. (In Russ.).
  24. Horbowicz M., Wiczkowski W., Góraj-Koniarska J. et al. Effect of Methyl Jasmonate on the Terpene Trilactones, Flavonoids, and Phenolic Acids in Ginkgo biloba L. Leaves: Relevance to Leaf Senescence. Molecules. 2021 Aug 2; 26(15): 4682. doi: 10.3390/molecules26154682.
  25. Timashova L.V., Matsneva O.V., Shakchova V.V., Kchrova T.M. Osobennosty pervogo etapa klonalnogo mikrorazmnozheniya immunnikch sortov yablony. Sovremennoye sadovodstvo – Contemporary horticulture. 2018; 3: 114–121. doi: 10.24411/2312-6701-2018-10315. (In Russ.).
  26. Bulankin D.G., Zhirnova A.I., Kurkin A.V. et al. Anatomo-morfologicheskoe issledovanie listev ginkgo bilobo. Meditsinskiy Almanach. 2011; 6: 249–252. (In Russ.).
  27. Tomilova S.V., Globa E.B., Demidova E.V., Nosov A.M. Vtorichniy metabolism v culture in vitro Taxus spp. Fisiologiya rasteniy. 2023; 70(3): 227–240. (In Russ.).
  28. Dubravina G.A., Zaytseva S.M., Zagoskina N.V. Ismeneniya v obrazovanii i lokalisastii fenolnikch soedineniy pri dedifferentsiatsii tkaney tissa yagodnogo I tissa kanadskogo v usloviyach in vitro. Fisiologiya rasteniy 2005; 52: 755–762. (In Russ.).
  29. Saslowsky D.E., Warek U., Winkel B.S.J. Nuclear localization of flavonoid enzymes in Arabidopsis. Journal of Biological Chemistry. 2005; 280(I. 25): 23735–23740. (In Russ.).
  30. Beibei Zhao, Li Wang, Siyu Pang et al. UV-B promotes flavonoid synthesis in Ginkgo biloba leaves. Industrial Crops and Products. 2020; 151: 112483.
  31. Yuan Z., Tian Y., He F. et al. Endophytes from Ginkgo biloba and their secondary metabolites. Chin Med. 2019; 14(51); https://doi.org/10.1186/s13020-019-0271-8.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar
2. Fig. 1. G. biloba L. explants (a) and formation of primary callus tissue in injury sites: cultivation of explants in the dark (б) at a 16-hour photoperiod (в)

Baixar (16KB)
Metadados
3. Fig. 2. Formation of the callus tissue of G. biloba L. in the dark (a), callus tissue of the 3rd passage (б), cultivated in the absence of lighting. Formation of callus tissue (в)

Baixar (21KB)
Metadados
4. Fig. 3. Growth characteristics of the callus of the 3rd passage, cultivated in the presence and absence of a light source

Baixar (39KB)
Metadados
5. Fig. 4. The influence of the growing season on the callusogenesis of leaf and petiole explants of G. biloba L. cultivated in the dark

Baixar (25KB)
Metadados
6. Fig. 5. Localization of secondary compounds in conductive (a, в), parenchymal (б, в), leaf blade tissues (a–в) and petiole (г–e) of G. biloba L. used as explants for initiation of callus cultures; reaction to the total content of phenolic compounds with Fast Blue reagent (e), for flavans with vanillin reagent (a–г) and NADIA reagent for terpenoids (д)

Baixar (64KB)
Metadados
7. Fig. 6. Localization of phenolic compounds during the initiation of primary callus tissue on the explant (a), in the cells of primary callus tissue (б), callus of the 3rd (в) and 7th passages (г); localization of terpenoids in the callus of the 3rd passage (д) of G. biloba L. cultured in the absence of illumination; reaction to the sum of soluble phenolic compounds with Fast blue reagent (в, г), vanillin reagent for flavan localization (a, б) and NADI reagent for terpenoids (д)

Baixar (29KB)
Metadados
8. Fig. 7. Localization of flavans in the cells of the emerging primary callus on the explant (a) and the callus of the 1st passage of G. biloba L. (б), cultivated in the presence of lighting, in the callus culture of the 3rd passage (в, г)

Baixar (24KB)
Metadados
9. Fig. 8. The effect of plant extracts of G. biloba L. callus on the viability of non-tumor (FetMSC) and tumor (HepG2, HeLa, A-172) cells after 72 hours of action

Baixar (11KB)
Metadados

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».