🔧На сайте запланированы технические работы
25.12.2025 в промежутке с 18:00 до 21:00 по Московскому времени (GMT+3) на сайте будут проводиться плановые технические работы. Возможны перебои с доступом к сайту. Приносим извинения за временные неудобства. Благодарим за понимание!
🔧Site maintenance is scheduled.
Scheduled maintenance will be performed on the site from 6:00 PM to 9:00 PM Moscow time (GMT+3) on December 25, 2025. Site access may be interrupted. We apologize for the inconvenience. Thank you for your understanding!

 

Phenolic precursors as regulators of the polyphenols accumulation in the tea plant callus cultures

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

Introduction. Plant tissue cultures are potential producers of biologically active plant metabolites, which include various phenolic compounds that can be used to maintain human health. In most cases, their accumulation is lower than in the initial explants, which requires a search for factors and influences to intensify this process. In this case, it is very promising to use the precursors of their biosynthesis as potential “regulators" of the formation of various metabolites.

The aim of the study was to study the effect of L-phenylalanine (FA, 3 mM), trans-cinnamic acid (CC, 1 mM) and naringenin (NG, 0.5 mM), as components of various stages of phenolic metabolism, on the accumulation of various classes of phenolic compounds, including phenylpropanoids and flavanols, in callus cultures of the tea plant (Camellia sinensis L.): a strain of "Kimyn" and "Local population".

Material and methods: The object of the study was callus cultures of tea plants of leaf origin grown for 7 days on a liquid nutrient medium of Heller basic composition (control) or enriched with L-phenylalanine (3 mM), trans-cinnamic acid (1 mM) or naringenin (0.5 mM). The morphophysiological parameters of the cullus (color, density, water content), the amount of polyphenols and flavans in them were analyzed.

Results. According to the data obtained, the action of NG led to a significant increase in the accumulation of phenylpropanoids and flavanols in two strains of tea culture. Whereas FA contributed to a sharp increase in the content of phenylpropanoids only, which is more pronounced in the "Kimyn" strain. Thus, the most effective "regulators" of the accumulation of phenolic compounds are FA and NG. At the same time, the trends in the accumulation of various polyphenols were similar for both cultures, however, in the case of the "Wormwood" strain, the response was more pronounced.

Conclusion. The study demonstrates the significant biotechnological potential of phenolic precursors as regulators of the accumulation of polyphenols in the callus cultures of the tea plant. The effect of their action depends on both the compound used and the strain of the tea plant. The results obtained open up prospects for the development of effective biotechnological approaches to the regulation of the accumulation of pharmacologically valuable secondary metabolites of a phenolic nature in in vitro cultures of higher plants.

About the authors

M. A. Aksenova

K.A. Timiryazev Institute of Plant Physiology Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: aksenova@ifr.moscow
ORCID iD: 0000-0002-3228-3311
SPIN-code: 5281-5794

Research Scientist

Russian Federation, 35 Botanicheskay str., Moscow, 127276

T. L. Nechaeva

K.A. Timiryazev Institute of Plant Physiology Russian Academy of Sciences

Email: nechaeva@ifr.moscow
ORCID iD: 0000-0003-3341-4763
SPIN-code: 7700-6475

Research Scientist

Russian Federation, 35 Botanicheskay str., Moscow, 127276

N. V. Zagoskina

K.A. Timiryazev Institute of Plant Physiology Russian Academy of Sciences

Email: zagoskina@ifr.moscow
ORCID iD: 0000-0002-1457-9450
SPIN-code: 1948-0478

Dr.Sc. (Biol.), Professor, Leading Research Scientist

Russian Federation, 35 Botanicheskay str., Moscow, 127276

References

  1. Мизина П.Г. Растительные и минеральные биологически активные комплексы для медицинских технологий здоровьесбережения. 2021. [Mizina P. G. Rastitel'nye i mineral'nye biologicheski aktivnye kompleksy dlya medicinskih tekhnologij zdorov'esberezheniya. 2021. (In Russ.)].
  2. Imran Q.M., Falak N., Hussain A., et al. Abiotic Stress in Plants; Stress Perception to Molecular Response and Role of Biotechnological Tools in Stress Resistance. Agronomy. 2021; 11: 1579. DOI: 10.3390/ agronomy11081579.
  3. Isah T., Umar S., Mujib, A. et al. Secondary metabolism of pharmaceuticals in the plant in vitro cultures: Strategies, approaches, and limitations to achieving higher yield. Plant Cell Tissue Organ Cult. PCTOC. 2018; 132: 239–265. doi: 10.1007/s11240-017-1332-2.
  4. Muraseva D.S., Kostikova V.A. In vitro propagation of Spiraea betulifolia subsp. aemiliana (Rosaceae) and comparative analysis of phenolic compounds of microclones and intact plants. Plant Cell Tissue Organ Cult. PCTOC. 2021; 144(3): 493–504. doi: 10.1007/s11240-020-01971-7.
  5. Aksenova M.A., Nechaeva T.L., Zubova M.Y., et al. Influence of Different Precursors on Content of Polyphenols in Camellia sinensis In vitro Callus Culture. Plants. 2023; 12: 796. doi: 10.3390/plants12040796.
  6. Feduraev P., Skrypnik L., Riabova A. et al. Phenylalanine and tyrosine as exogenous precursors of wheat (Triticum aestivum L.) secondary metabolism through PAL-associated pathways. Plants. 2020; 9: 476. doi: 10.3390/plants9040476.
  7. Zagoskina N.V., Zubova M.Y., Nechaeva T.L. et al. Polyphenols in plants: Structure, biosynthesis, abiotic stress regulation, and practical applications. Int. J. Mol. Sci. 2023; 24 (18): 13874. doi: 10.3390/ijms241813874.
  8. Misra T.K., Saha A., Nanda A.K., et al. Effects of climatic factors on antioxidant quality of tea (Camellia sinensis) in North Bengal. Indian J. Agric. Sci. 2022; 92: 816–820. doi: 10.56093/ijas.v92i7.83947.
  9. Hatamipoor S., Shabani L., Farhadian S. Supportive effect of naringenin on NaCl-induced toxicity in Carthamus tinctorius seedlings. Int. J. Phytoremediation. 2023; 25: 889–899. doi: 10.1080/15226514.2022.2117790.
  10. Arora J., Kanthaliya B., Joshi A. et al. Evaluation of Total Isoflavones in Chickpea (Cicer arietinum L.) Sprouts Germinated under Precursors (p-Coumaric Acid and L-Phenylalanine) Supplementation. Plants. 2023; 12: 2823. doi: 10.3390/plants12152823.
  11. Bojić M., Maleš Ž., Antolić A. et al. Antithrombotic activity of flavonoids and polyphenols rich plant species. Acta Pharm. 2019; 69: 483–495. doi: 10.1007/s00299-015-1884-8.
  12. Portu J., López R., Santamaría P., Garde-Cerdán T. Eli-citation with methyl jasmonate supported by precursor fee-ding with phenylalanine: Effect on Garnacha grape phenolic content. Food Chem. 2017; 237: 416–422. doi: 10.1016/j.foodchem.2017.05.126.
  13. Świeca M. Elicitation and treatment with precursors of phenolics synthesis improve low-molecular antioxidants and antioxidant capacity of buckwheat sprouts. Acta Sci. Pol. Technol. Aliment. 2016; 15: 17–28. doi: 10.17306/J.AFS.2016.1.2.
  14. Świeca M. Hydrogen peroxide treatment and the phenylpropanoid pathway precursors feeding improve phenolics and antioxidant capacity of quinoa sprouts via an induction of L-tyrosine and L-phenylalanine ammonia-lyases activities. J. Chem. 2016; 2016: 1936516. doi: 10.1155/2016/1936516.
  15. Sharma P., Gautam A., Kumar V. et al. Naringenin reduces Cd-induced toxicity in Vigna radiata (mungbean). Plant Stress. 2021; 1: 100005. doi: 10.1016/j.stress.2021.100005.
  16. Tijjani H., Zangoma M., Mohammed Z. et al. Polyphenols: Classifications, biosynthesis and bioactivities. In The: Functional Foods and Nutraceuticals; Egbuna, C., Dable Tupas, G., Eds.; Springer: Cham, Switzerland. 2020: 389–414. doi: 10.1007/978-3-030-42319-3_19.
  17. Vyas P., Mukhopadhyay K. Elicitation of phenylpropanoids and expression analysis of pal gene in suspension cell culture of Ocimum tenuiflorum L. Proc. Natl. Acad. Sci. India. 2018; 88: 1207–1217. doi: 10.1007/s40011-017-0858-8.
  18. Shilpa K., Lakshmi B.S. Influence of exogenous cinnamic acid on the production of chlorogenic acid in Cichorium inty-bus L cell culture. S. Afr. J. Bot. 2019; 125: 527–532. doi: 10.1016/j.sajb.2019.01.004.
  19. Yin R., Messner B., Faus-Kessler T. et al. Feedback inhibition of the general phenylpropanoid and flavonol biosynthetic pathways upon a compromised flavonol-3-O-glycosylation. J. Exp. Bot. 2012; 63: 2465–2478. doi: 10.1093/jxb/err416.
  20. Hojati M., Modarres-Sanavy S.A.M., Enferadi S.T. et al. Differential deployment of parthenolide and phenylpropanoids in feverfew plants subjected to divalent heavy metals and trans-cinnamic acid. Plant Soil. 2016; 399: 41–59. doi: 10.1007/s11104-015-2677-0.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

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».