Клеточные культуры in vitro Ginkgo biloba L., интродуцированных в Московском регионе, – перспективные источники веществ с высокой биологической активностью

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Введение. Ginkgo biloba L. – реликтовые растения, характеризующиеся ограниченным ареалом произрастания, ценная биомасса которых способна накапливать уникальные вторичные метаболиты, не имеющие синтетических аналогов. Растения рода Ginkgo произрастают в специализированных микроэкологических нишах, ограничивающих их природный ареал распространения. Создать и интродуцировать стрессоустойчивые, высокопродуктивные растения возможно с использованием методов клеточной биотехнологии, в частности клеточной селекции in vitro. Поэтому важно разработать технологию in vitro быстрого получения хорошо пролиферирующей клеточной культуры с повышенным содержанием вторичных метаболитов.

Цель исследования – изучить влияние вегетационного периода, эндогенных полифенолов на формирование каллусной ткани G. biloba L. in vitro, а также биологическую активность экстрактов клеточных культур этого растения.

Материал и методы. Объектом исследования служили растения G. biloba L. произрастающие в Московском регионе. Каллусную ткань получали из сегментов листовых пластинок, которые изолировали с интактных растений. Экспланты культивировали на питательной среде WPM, содержащей 2,0 мг/л БАП и 2,0 мг/л 2,4-Д. Локализацию фенольных соединений изучали в листьях G. biloba L., а также в каллусной ткани in vitro, выращиваемой при различных режимах освещения. Для этого применяли гистохимические методы: на сумму фенольных соединений материал окрашивали 0,08% раствором реактива Fast Blue, для изучения локализации флаванов (катехины и проантоцианидины) использовали реакцию с ванилиновым реактивом в парах соляной кислоты. Изучение локализации терпеноидов проводили с реактивом НАДИ.

Результаты. На интенсивность образования каллусной ткани, ее консистенцию и цвет существенное влияние оказывал применяемый режим освещения. Хорошо пролиферирующая каллусная ткань светло-жёлтого цвета была получена при культивировании с отсутствием источника освещения. При 16-часовом фотопериоде формировалась каллусная ткань тёмно-бурого цвета с зелёными включениями, рост которой в процессе культивирования был ингибирован. Как правило, формирование каллусной ткани происходило в местах незначительной локализации фенольных соединений. В инициированных каллусных культурах, выращиваемых в темноте, содержание клеток с фенольными соединениями было меньше, чем у каллуса, полученного в присутствии освещения.

Выводы. Каллусные культуры G. biloba L. проявляют низкую цитотоксичность и могут быть широко использованы в качестве безопасного сырья.

Об авторах

С. М. Зайцева

Российский государственный аграрный университет – МСХА имени К.А. Тимирязева

Автор, ответственный за переписку.
Email: smzaytseva@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-9137-3774

к.б.н., доцент, кафедра биотехнологии

Россия, 127434, Москва, ул. Тимирязевская, 49

Е. А. Калашникова

Российский государственный аграрный университет – МСХА имени К.А. Тимирязева

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

д.б.н., профессор, кафедра биотехнологии

Россия, 127434, Москва, ул. Тимирязевская, 49

Р. Н. Киракосян

Российский государственный аграрный университет – МСХА имени К.А. Тимирязева

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

к.б.н., доцент, кафедра биотехнологии

Россия, 127434, Москва, ул. Тимирязевская, 49

А. А. Балакина

Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии

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

к.б.н., ст. науч. сотрудник, лаборатория молекулярной биологии

Россия, 142432, Московская обл., Черноголовка, проспект Семенова, 1

Список литературы

  1. Алексеева Г.М., Белодубровская Г.А., Блинова К.Ф. и др. Фармакогнозия. Лекарственное сырье растительного и животного происхождения. Под редакцией Г.П. Яковлева. Санкт-Петербург: СпецЛит. 2013.
  2. Носов А.М. Регуляция синтеза вторичных соединений в культуре клеток растений. Биология культивируемых клеток и биотехнология растений. Под редакцией Р.Г. Бутенко. М.: Наука. 1991.
  3. Васильев В.Г., Прокопьев А.С., Калабин Г.А. Идентификация терпеновых лактонов и флавоногликозидов в препаратах на основе экстракта гинкго билоба и новый способ полуколичественной оценки содержания флавоногликозидов методом спектроскопии ЯМР 1Н. Химия растительного сырья. 2016; 3: 85–93.
  4. Куркин А.В., Буланкин Д.Г., Даева Е.Д., Каденцев В.И. Флавоноиды листьев гинкго двулопастного. Химия растительного сырья. 2012; 2: 85–88.
  5. Тюкавкина Н.А. Биофлавоноиды. М.: Издательский дом «Русский врач». 2002. 56 с.
  6. Кузнецова С.М., Кузнецов В.В., Шульженко Д.В. Применение экстракта гинкго билоба в системе реабилитации больных, перенесших инсульт. Международный неврологический журнал. 2016; 5(83): 111–114.
  7. Катунина Е.А. Гинкго билоба: итоги полувекового опыта применения. Полимодальность эффектов гинкго билоба: экспериментальные и клинические исследования. Неврология и ревматология. Приложение к журналу Consilium Medicum. 2013; 2: 53–57. 2.
  8. Калашникова Е.А. Клеточная инженерия растений. Учебник и практикум для вузов 2-е издание. М.: ООО «Издательство ЮРАЙТ» 2022. 333с.
  9. Запрометов М.Н. Фенольные соединения и их роль в жизни растения. LVI Тимирязевские чтения. М.: Наука. 1996. 45 с.
  10. Justine Laoué, Catherine Fernandez, 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. Петухова И. П., Денисов Н. И. Опыт интродукции Ginkgo biloba L. На юг дальнего востока России. Вестник красноярского государственного аграрного университета. 2012; 1: 71–75.
  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. Волынец А.П. Фенольные соединения в жизнедеятельности растений. Минск: Беларус. Навука. 2013; 283 с.
  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. Носов А.М. Использование клеточных технологий для промышленного получения биологически активных веществ растительного происхождения. Биотехнология. 2010. 5: 8–28.
  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, 1): 115405.
  18. Теплицкая Л.М., Чмелева С.И., Бурага И.А., Бурага А.М. Особенности каллусогенеза в культуре Ginkgo biloba L. Никитского ботанического сада. 2010; 101.
  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. Бабушкина Е.В., Смирнов П.Д., Костина О.В. и др. Гистохимия трихом официнальных представителей семейства Lamiaceae. Медицинский альманах. 2017; 3(48).
  22. Лакин Г.Ф. Биометрия: учеб. пособие для биол. спец. вузов. М.: Высшая школа. 1990. 352 с.
  23. Зайцева С.М., Калашникова Е.А., Киракосян Р.Н. Влияние эндогенных полифенолов, фотопериода и минерального состава питательной среды на формирование каллусной ткани реликтовых голосеменных растений Sequoia sempervirens L. Вопросы биологической, фармацевтической и медицинской химии. 2023; 26(3): 46–57.
  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. Ташматова Л.В., Мацнева О.В., Шахов В.В., Хромова Т.М. Особенности первого этапа клонального микроразмножения иммунных сортов яблони. Современное садоводство – Contemporary horticulture. 2018; 3: 114–121. doi: 10.24411/2312-6701-2018-10315.
  26. Буланкин Д.Г., Жирнова А.И., Куркин В.А. и др. Анатомо-морфологическое исследование листьев гинкго двулопастного. Медицинский альманах. 2011; 6: 249–252.
  27. Томилова С.В., Глоба Е.Б., Демидова Е.В., Носов А.М. Вторичный метаболизм в культуре клеток in vitro Taxus spp. Физиология растений. 2023; 70(3): 227–240.
  28. Дубравина Г.А., Зайцева С.М., Загоскина Н.В. Изменения в образовании и локализации фенольных соединений при дедифференциации тканей тисса ягодного и тисса канадского в условиях in vitro. Физиология растений. 2005; 52: 755–762.
  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.
  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.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Экспланты G. biloba L. (а) и образование первичной каллусной ткани в местах поранения: культивирование эксплантов в темноте (б) при 16-часовом фотопериоде (в)

Скачать (16KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Формирование каллусной ткани G. biloba L. в темноте (а), каллусная ткань 3-го пассажа (б), культивируемая при отсутствии освещения. Формирование каллусной ткани (в)

Скачать (21KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Ростовые характеристики каллуса 3-го пассажа, культивируемого в присутствии и отсутствии источника освещения

Скачать (39KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Влияние периода вегетации на каллусогенез листовых и черешковых эксплантов G. biloba L. культивируемых в темноте

Скачать (25KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Локализация вторичных соединений в проводящих (а, в), паренхимных(б, в), тканях листовой пластинки (а–в) и черешке (г–е) G. biloba L., используемых в качестве эксплантов для инициирования каллусных культур; реакция на суммарное содержание фенольных соединений с реактивом Fast Blue (е), на флаваны с ванилиновым реактивом (а–г) и реактивом НАДИ на терпеноиды (д)

Скачать (64KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Локализация фенольных соединений при инициации первичной каллусной ткани на экспланте (а), в клетках первичной каллусной ткани (б), каллуса 3-го (в) и 7-го пассажей (г); локализация терпеноидов в каллусе 3-го пассажа (д) G. biloba L. культивируемой в отсутствие освещения; реакция на сумму растворимых фенольных соединений с реактивом Fast blue (в,г), ванилиновым реактивом на локализацию флаванов (а,б) и реактивом НАДИ на терпеноиды (д)

Скачать (29KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Локализация флаванов в клетках формирующегося первичного каллуса на экспланте (а) и каллуса 1-го пассажа G. biloba L. (б), культивируемого в присутствии освещения, в каллусной культуре 3-го пассажа (в, г)

Скачать (24KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Влияние растительных экстрактов каллуса G. biloba L. на жизнеспособность неопухолевых (FetMSC) и опухолевых (HepG2, HeLa, А-172) клеток после 72 ч действия

Скачать (11KB)
Метаданные

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».