Особенности клонального микроразмножения растений рода Sequoia с высоким содержанием биологически активных веществ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Введение. Sequoia sempervirens (D.Don) Endl. – самые высокие реликтовые растения-долгожители, способные накапливать уникальные вторичные метаболиты, которые могут найти применение в фитофармакогнозии. Для сохранения биоразнообразия редких видов растений целесообразно применять методы биотехнологии и создавать генетические банки in vitro, в том числе методом клонального микроразмножения. Создать стрессоустойчивые и высокопродуктивные растения можно с использованием «классических» методов клеточной биотехнологии, в частности, клеточной селекции in vitro.

Цель исследования – разработка технологии получения в условиях in vitro высокопродуктивных микроклонов реликтовых голосеменных растений рода Sequoia, изучение накопления и локализации вторичных метаболитов и их биологической активности.

Материал и методы. Объект исследования – растения Sequoia sempervirens (D.Don) Endl. Асептическую культуру получали из побегов первого года вегетации интактных растений. Экспланты культивировали на питательной среде Мурасига и Скуга с различным гормональным составом. Изучение локализации фенольных соединений проводили в листьях, стеблях, апикальных почках интактных растений секвойи и в микроклонах, а также в каллусной ткани. 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. При помощи спектрофотометрических методов определяли количественное содержание разных классов полифенолов. Цитотоксические свойства экстрактов изучали с помощью МТТ-теста

Результаты. Получены культуры микроклонов in vitro S. sempervirens. Исследована зависимость роста культуры in vitro от гормонального состава питательной среды и эндогенного содержания полифенолов в первичном экспланте. Впервые показаны накопление и локализация вторичных соединений в микроклонах in vitro S. sempervirens. Установлено, что вторичные метаболиты преимущественно локализуются в эпидермальных, паренхимных и проводящих тканях как интактных растениях, так и микроклонов in vitro. Приводится описание локализации вторичных соединений в культурах in vitro, как продуцентов веществ с высокой биологической активностью.

Выводы. Исследования по цитотоксичности экстрактов культур in vitro секвойи демонстрируют высокие показатели по отношению к линии клеток рака шейки матки HeLa и линии глиобластомы человека А172.

Полный текст

Доступ закрыт

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
SPIN-код: 5553-8033

к.б.н, доцент, кафедра биотехнологии

Россия, 127434, Москва, ул. Тимирязевская, 49

Е. Л. Болотина

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

Email: lizavetarodbol@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0007-9006-6044
SPIN-код: 2791-6818

аспирант, 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
SPIN-код: 6776-2635

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
SPIN-код: 5260-8784

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: balakina@icp.ac.ru
ORCID iD: 0000-0002-5952-9211
SPIN-код: 2217-3493

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

Россия, 142432, Московская область, г. Черноголовка, проспект академика Семенова, 1

Список литературы

  1. Chen S.L., Yu H., Luo H.M. et al. Conservation and sustainable use of medicinal plants: problems, progress, and prospects. Chin Med. 2016; 11: 37. doi: 10.1186/s13020-016-0108-7.
  2. Ramakrishna A., Ravishankar G.A. Influence of abiotic stress signals on secondary metabolites in plants. Plant Signaling, & Behavior. 2011; 6(11): 1720–1731. doi: 10.4161/psb.6.11.17613.
  3. Yang Z.Q., Chen H., Tan J.H. et al. Cloning of three genes involved in the flavonoid metabolic pathway and their expression during insect resistance in Pinus massoniana Lamb. Genet Mol Res. 2016 Dec 23;15(4). doi: 10.4238/gmr15049332.
  4. Носов А.М. Использование клеточных технологий для промышленного получения биологически активных веществ растительного происхождения. Биотехнология, 2010; 5: 8–28.
  5. El-Hawary S.S., Abd El-Kader E.M., Rabeh M.A. et al. Eliciting callus culture for production of hepatoprotective flavonoids and phenolics from Sequoia sempervirens (D. Don. Endl). Natural Product Research. 2019 June 34; 3: 1–5. doi: 10.1080/14786419.2019.1607334.
  6. Sillett S.C. et al. How do tree structure and old age affect growth potential of California redwoods? Ecological Monographs. 2015; 85(2): 181–212.
  7. Disney M., Burt A., Wilkes P. et al. New 3D measurements of large redwood trees for biomass and structure. Sci Rep. 2020; 10: 16721; https://doi.org/10.1038/s41598-020-73733-6.
  8. Ahuja M.R. Strategies for conservation of germplasm in endemic redwoods in the face of climate change: A review August. Plant Genetic Resources. 2011; 9(03): 411–422 doi: 10.1017/S1479262111000153.
  9. Murashige T., Skoog F. A revised medium for rapid growth and bioassays with tabacco tissue cultures. Physiol. Plant. 1962; 15: 473–497.
  10. Bela Balogh Arthur B. Anderson Chemistry of the genus Sequoia—II: Isolation of sequirins, new phenolic compounds from the coast redwood (Sequoia sempervirens). Phytochemistry. 1965; 4(Issue 4): 569–575. doi: 10.1016/S0031-9422(00)86218-4.
  11. Tomilova S.V., Globa E.B., Demidova E.V., Nosov A.M. Secondary metabolism in taxus spp. Plant cell culture in vitro. Russian Journal of Plant Physiology. 2023; 70(3): 23.
  12. McCown B.H., Lloyd G. Woody Plant Medium (WPM) – A Mineral Nutrient Formulation for Microculture of Woody Plant Species. HortScience. 1981; 16: 453–453.
  13. Приступа Н.А., Петрова Р.К., Шаламберидзе Т.Х. Гистохимическое выявление полифенолов в растительном материале. Цитология. 1970; 42: 403–408.
  14. Hassan E.A., El-Awadi M.E. Brief review on the application of histochemical methods in different aspects of plant research. Nat Sci. 2013; 11(12): 54–67.
  15. Зайцева С.М., Калашникова Е.А., Чередниченко М.Ю. и др. Лабораторный практикум по культуре клеток и тканей лекарственных и ядовитых растений с основами биохимии. ФГБОУ ВО МГАВМиБ – МВА имени К.И. Скрябина. Москва. 2018.
  16. Soukupova J., Cvikrova M., Albrechtova J., Rock B.N., Eder J. 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.
  17. Бабушкина Е.В., Смирнов П.Д., Костина О.В. и др. Гистохимия трихом официнальных представителей семейства Lamiaceae. Медицинский альманах 2017; 3(48).
  18. Lucy P. M.n et al. Physiological consequences of height-related morphological variation in Sequoia sempervirens foliage. Tree Physiology. 2009; 29(Issue 8): 999–1010. doi: 10.1093/treephys/tpp037.
  19. Canny M.J. Transfusion tissue of pine needles as a site of retrieval of solutes from the transpiration stream. New Phytologist. 1993; 123(2): 227–232. doi: 10.1111/j.1469-8137.1993.tb03730.x.
  20. El-Hawary S.S., Abd El-Kader E.M., Rabeh M.A. et al. Eliciting callus culture for production of hepatoprotective flavonoids and phenolics from Sequoia sempervirens (D. Don. Endl.). Nat Prod Res. 2020 Nov; 34(21): 3125–3129. doi: 10.1080/14786419.2019.1607334.
  21. Ishii H.T. et al. Hydrostatic constraints on morphological exploitation of light in tall Sequoia sempervirens trees. Ecologia. 2008; 156: 751–763.
  22. ОФС.1.5.1.0002.15 «Травы» Государственная фармакопея РФ. 13-е издание, т. 2, Москва, 2015.
  23. Калашникова Е.А., Зайцева С.М., Киракосян Р.Н. Цитотоксичность и фунгицидная активность экстрактов, полученных из растений ашваганды и астрагала в условиях in vitro. Актуальные вопросы ветеринарной биологии. 2019; 2(42): 57–63.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1 Локализация фенольных соединений в  покровных (а, б) и проводящих тканях (в, г) хвои (а-в) и стебля (г) Sequoia используемых в качестве эксплантов для инициирования культур in vitro (реакция на флаваны с ванилиновым реактивом (а-в) и суммарное содержание фенольных соединений с реактивом Fast Blue (г))

Скачать (103KB)
Метаданные
3. Рис. 2 Черенки секвойи вечнозеленой используемые в качестве эксплантов для культивирования в услових in vitro (а), активация роста меристемы (б, в), каллусная ткань (г) и единичный морфогенез в каллусной ткани четвертого пассажа, культивируемой на питательной среде MС (ИУК  – 0,5 мг/л, 2,4-Д – 0,5 мг/л, 6-БАП – 0,5 мг/л) при 16-часовом фотопериоде (г, д)

Скачать (119KB)
Метаданные
4. Рис. 3 Микроклоны на питательных средах MС с различным гормональным составом (а, б –  среда без гормонов; в, г – среда с добавлением гормонов 2 мг/л 2,4-Д, 0,5 мг/л БАП, 0,5 мг/л НУК при 16-часовом фотопериоде). Адаптации микрорастений в условиях ex vitro (д)

Скачать (165KB)
Метаданные
5. Рис. 4 Локализация фенольных соединений в стебле (а) и хвойе (б) микроклона секвойи и в клеточных стенках паренхимных тканей хвои (в) микроклона секвойи. Рекация на суммарное содержание фенольных соединений с реактивом Fast Blue (а, б) и на флаваны с ванилиновым реактивом (в)

Скачать (175KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Локализация фенольных соединений (в–д) в каллусной «подушке» зоны морфогенеза при формировании микроклонов секвойи (а, б). Формирование проводящих структур в каллусной «подушке» в зоне морфогенеза (в–д)

Скачать (130KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Локализация вторичных метаболитов в морфогенном каллусе секвойи (а). Реакция на сумму растворимых фенольных соединениц с реактивом Fast blue (б, в) и ванилиновым реактивом на локализацию флаванов (г, д)

Скачать (138KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Накопление полифенолов в первичных эксплантах, микроклонах и каллусной ткани секвойи  

Скачать (45KB)
Метаданные
9. Рис. 8 Влияние экстракта секвойи на жизнеспособность нормальных и опухолевых клеток. HepG2— клеточная линия гепатоцеллюлярной карциномы человека; HeLa – линия «бессмертных»  клеток рака шейки матки; FetMSC – мезенхимные стволовые клетки из костного мозга 5-6 недельного эмбриона человека; А172 – линия глиобластомы человека

Скачать (96KB)
Метаданные

© ИД "Русский врач", 2025