Biopolym. Cell. 2018; 34(6):461-476.
Молекулярна та клітинна біотехнології
Отримання і аналіз культури тканин та швидкорослої культури коренів чотирьох рідкісних високогірних лікарських видів роду Gentiana L.
1Дробик Н.М., 2Мельник В.М., 1Грицак Л.Р., 1Кравець Н.Б., 2Конвалюк І.І., 2Твардовська М.О., 2Кунах В.А.
  1. Тернопільський національний педагогічний університет імені Володимира Гнатюка
    вул. М. Кривоноса, 2, Тернопіль, Україна, 46027
  2. Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
    Вул. Академіка Заболотного, 150, Київ, Україна, 03143

Abstract

Мета. Отримання культури тканин та ізольованих коренів чотирьох видів Gentiana L. флори України (G. lutea L., G. punctata L., G. acaulis L. і G. asclepiadea L.), а також дослідження особливостей їхнього росту і вмісту флавоноїдів та ксантонів. Методи. Культивування in vitro, хроматоспектрофотометричні і статистичні методи. Результати. Розроблені умови для індукції і проліферації калюсів, а також тривалого культивування швидкорослих культур коренів тирличів. Проведено порівняльні дослідження загального вмісту флавоноїдів і ксантонів у калюсах, культурах ізольованих коренів та дикорослих рослинах тирличів. Встановлено здатність культур до синтезу цих біологічно активних речовин in vitro. Кількість таких сполук варіювала як у калюсах і культурах ізольованих коренів, отриманих з рослин різних видів тирличів, так і в культурах тканин й органів, отриманих з різних рослин одного виду. Вміст флавоноїдів і ксантонів у морфогенних і неморфогенних культурах був значно нижчий, ніж у пагонах, але більший або близький до такого в коренях інтактних рослин. Швидкоросла культура коренів у більшості випадків характеризувалася вищою концентрацією цих біологічно активних сполук, ніж калюс. Висновок. Високий вихід біомаси культур in vitro тирличів та їх здатність синтезувати і накопичувати флавоноїди та ксантони дозволяють розглядати їх як перспективне джерело цих біологічно активних сполук.
Keywords: види роду Gentiana L., індукція та проліферація калюсу, швидкоросла культура коренів, вміст флавоноїдів і ксантонів, джерело біологічно активних сполук

References

[1] Tutin TG. Flora Europea. vol 3. Cambridge: Cambridge University Press. 1972;374 p.
[2] Ho T-N, Liu S-W. The infrageneric classification of Gentiana (Gentianaceae). Bull British museum Natural History (Botany). 1990; 20(2):169–92.
[3] Strashniuk NM, Hrytsak LR, Les'kova OM, Mel'nyk VM. Gentiana L. species of Ukrainian flora in nature and in culture in vitro. Ukr Bot J. 2005; 62(3):337–48.
[4] Shiyan NM. A review of the taxonomy and distribution of the Gentianaceae in the Ukraine. In: Eds. Rybczyński JJ, Davey MR, Mikula A The Gentianaceae – Volume 1: Characterization and Ecology. Berlin, Heidelberg: Springer, 2014; 149–68.
[5] Harborne JB, Mabry TJ. The Flavonoids. Springer, 2014;760 p.
[6] Jensen SR, Schripsema J. Chemotaxonomy and pharmacology of Gentianaceae. In: Eds. Struwe L, Albert VA. Gentianaceae, Systematics and Natural History. Cambridge: Cambridge University Press, 2002;573–632.
[7] Krstić-Milošević D, Vinterhalter B, Janković T, Vinterhalter D. Biotechnology and phytochemistry of Gentianella species from the central regions of the Balkan peninsula. In: Eds Rybczyński JJ, Davey MR, Mikula A. The Gentianaceae – Volume 2: Biotechnology and Applications. Berlin, Heidelberg: Springer, 2015;93–112.
[8] Menković N, Šavikin-Fodulović K, Čebedžić R. Investigation of the activity of Gentiana lutea extracts against Mycobacterium bovis. Pharm Pharmacol Lett. 1999; 9(2): 74-5.
[9] Chericoni S, Testai L, Calderone V, Flamini G, Nieri P, Morelli I, Martinotti E. The xanthones gentiacaulein and gentiakochianin are responsible for the vasodilator action of the roots of Gentiana kochiana. Planta Med. 2003;69(8):770-2.
[10] Urbain A, Marston A, Queiroz EF, Ndjoko K, Hostettmann K. Xanthones from Gentiana campestris as new acetylcholinesterase inhibitors. Planta Med. 2004;70(10):1011-4.
[11] Savikin K, Menković N, Zdunić G, Stević T, Radanović D, Janković T. Antimicrobial activity of Gentiana lutea L. extracts. Z Naturforsch C. 2009;64(5-6):339-42.
[12] Vender C, Aiello N, Piovesana S. Survey of yellow gentian populations of the Central Alps and record of their main morphological and qualitative characteristics. Acta Hortic. 2010; 860:101–4.
[13] Kunakh VA. Biotechnology of medicinal plants. Genetic, physiological and biochemical basis. Kyiv: Logos, 2005; 730 p.
[14] Karuppusamy SA. 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; 3(13): 1222-39.
[15] Srivastava S, Srivastava AK. Hairy root culture for mass-production of high-value secondary metabolites. Crit Rev Biotechnol. 2007;27(1):29-43. Review.
[16] Hosokawa K, Matsuki R, Oikawa Y, Yamamura S. Genetic transformation of gentian using wild-type Agrobacterium rhizogenes. Plant Cell Tissue Organ Cult. 1997; 51:137–40.
[17] Momcilovic I, Grubisic D, Kojic M, Neskovic M. Agrobacterium rhizogenes-mediated transformation and plant regeneration of four Gentiana species. Plant Cell Tissue Organ Cult. 1997; 50(1):1–6.
[18] Vinterhalter B, Orbović V, Vinterhalter D. Transgenic root cultured of Gentiana punctata L. Acta Soc Bot Pol. 1999; 68(4):275–80.
[19] Rybczyński JJ, Davey MR, Tomiczak K, Niedziela A, Mikuła A. Systems of plant regeneration in Gentian in vitro cultures. In: Eds Rybczyński JJ, Davey MR, Mikula A. The Gentianaceae - Volume 2: Biotechnology and Applications. Berlin, Heidelberg: Springer, 2015:1–44.
[20] Menković N, Savikin-Fodulović K, Momcilović I, Grubisić D. Quantitative determination of secoiridoid and gamma-pyrone compounds in Gentiana lutea cultured in vitro. Planta Med. 2000;66(1):96-8.
[21] Menković N, Šavikin-Fodulović K, Vinterhalter B, Vinterhalter D, Janković T, Krstić D. Secoiridoid content in hairy roots of Gentiana punctata. Pharm Pharmacol Lett. 2000; 2:73–5.
[22] Tiwari RK, Trivedi M, Guang ZC, Guo GQ, Zheng GC. Genetic transformation of Gentiana macrophylla with Agrobacterium rhizogenes: growth and production of secoiridoid glucoside gentiopicroside in transformed hairy root cultures. Plant Cell Rep. 2007;26(2):199-210.
[23] Zhang HL, Xue SH, Pu F, Tiwari RK, Wang XY. Establishment of hairy root lines and analysis of gentiopicroside in the medicinal plant Gentiana macrophylla. Russ J of Plant Physiol. 2010; 57(1):110–17.
[24] Krstić-Milošević D, Janković T, Uzelac B, Vinterhalter D, Vinterhalter B. Effect of elicitors on xanthone accumulation and biomass production in hairy root cultures of Gentiana dinarica. Plant Cell Tiss Organ Cult. 2017; 130(3): 631–40.
[25] Gamborg OL, Eveleigh DE. Culture methods and detection of glucanases in suspension cultures of wheat and barley. Can J Biochem. 1968;46(5):417-21.
[26] Murashige T, Skoog F. A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures. Physiol Plant. 1962; 15(3): 473-97.
[27] Drobyk NM, Grytsak LR, Mel'nyk VM, Kravets NB, Konvalyuk II, Twardovska MO, Kunakh VA. In vitro manipulation and propagation of Gentiana L. species from the Ukrainian flora. In: Eds Rybczyński JJ, Davey MR, Mikula A. The Gentianaceae – Volume 2: Biotechnology and Applications. Berlin, Heidelberg: Springer, 2015; 45–79.
[28] Drobyk NM, Mel'nyk VM, Twardovska MO, Konvalyuk II, Kunakh VA. Tissue and organ cultures of gentians as potential sources of xanthones and flavonoids. In: Eds Rybczyński JJ, Davey MR, Mikula A (). The Gentianaceae – Volume 2: Biotechnology and Applications. Berlin, Heidelberg: Springer, 2015:307–17.
[29] Li Y, Ma D, Sun D, Wang C, Zhang J, Xie Y, Guo T. Total phenolic, flavonoid content, and antioxidant activity of flour, noodles, and steamed bread made from different colored wheat grains by three milling methods. The Crop J. 2015; 3(4): 328–34.
[30] Skrzypczak L, Wesołowska M, Skrzypczak E. Gentiana species: in vitro culture, regeneration and production of secoiridoid glucosides. In: Ed Bajaj YPS. Biotechnology in agriculture and forestry, vol. 21. Medicinal and aromatic plants IV. Berlin, Heidelberg, New York: Springer, 1993:172–86.
[31] Jomori H, Takahata Y, Kaizuma N. Plant regeneration from leaf-derived calli of gentians and their protoplast culture. Acta Hort. 1995; 392:81–6.
[32] Vinterhalter B, Krstić-Milošević D, Janković T, Pljevljakušić D, Ninković S, Smigocki A, Vinterhalter D. Gentiana dinarica Beck. hairy root cultures and evaluation of factors affecting growth and xanthone production. Plant Cell Tissue Organ Cult. 2015; 121(3):667–79.
[33] Vinterhalter B, Janković T, Šavikin K, Nikolić R, Vinterhalter D. Propagation and xanthone content of Gentianella austriaca shoot cultures. Plant Cell Tissue Organ Cult. 2008; 94:329–35.
[34] Wadegaonkar PA, Bhagwat KA, Rai MK. Direct rhizogenesis and establishment of fast growing normal root organ culture of Withania somnifera Dunal. Plant Cell Tissue Organ Cult. 2006; 84(2): 223–5.