Спаржа лікарська містить унікальні сполуки, що можуть зупиняти розвиток ракових пухлин та навіть знищувати онкологічні клітини. Проте, до сьогодні недостатньо відомостей про особливості біосинтезу цих сполук та умови їх одержання. В наведеній роботі досліджено вплив джерела неорганічного азоту на ріст суспензійної культури спаржі лікарської, накопичення фенольних сполук в культурі та культуральній рідині, а також синтез сапонінів. Отримано калюсну та суспензійну культуру спаржі лікарської (Asparagus officinalis L.) в умовах in vitro. Для проведення подальших досліджень підібрано концентрації регуляторів росту 1 мг/л кінетину та 1,5 мг/л 2,4-Д. Найбільш швидкий ріст суспензійної культури встановлено на середовищі з концентрацією калій нітрату 1900 мг/л та амоній сульфату 250 мг/л. Окремі експлантати демонстрували спонтанну диференціацію калюсної тканини, що впливала на приріст маси калюсу та співвідношення концентрації екзофенолів до загальної маси експлантата. Найвищі концентрації ендо- та екзофенолів отримано на середовищі без джерел амонійного азоту. Визначено позитивний вплив середовища з концентрацією амоній сульфату 500 мг/л на синтез основних стероїдних сапонінів спаржі лікарської. В результаті проведеного дослідження розроблено модифіковане середовище МС, що сприяє накопиченню стероїдних сапонінів у суспензійній культурі спаржі лікарської.
Ключові слова: спаржа лікарська, суспензійна культура, біологічно активні речовини, феноли, стероїдні сапоніни, джерело азоту
Повний текст та додаткові матеріали
У вільному доступі: PDFЦитована література
Ahmad, N., Rab, A., and Ahmad, N., Differential pH-induced biosynthesis of steviol glycosides and biochemical parameters in submerge root cultures of Stevia rebaudiana (Bert.), Sugar Tech., 2018, vol. 20, pp. 734–744. https://doi.org/10.1007/s12355-018-0589-z
Asim, M., Ullah, Z., Xu, F., An, L., Aluko, O.O., Wang, Q., and Liu, H., Nitrate signaling, functions, and regulation of root system architecture: insights from Arabidopsis thaliana, Genes, 2020, vol. 11, no. 6, p. 633. https://doi.org/10.3390/genes11060633
Długosz, M., Markowski, M., and Pączkowski, C., Source of nitrogen as a factor limiting saponin production by hairy root and suspension cultures of Calendula officinalis L., Acta Physiol. Plant., 2018, vol. 40, p. 35. https://doi.org/10.1007/s11738-018-2610-2
Döll, S., Djalali Farahani-Kofoet, R., Zrenner, R., Henze, A., and Witzel, K., Tissue-specific signatures of metabolites and proteins in asparagus roots and exudates, Hortic. Res., 2021, vol. 8, p. 86. https://doi.org/10.1038/s41438-021-00510-5
Donaldson, L., Radotić, K., Kalauzi, A., Djikanović, D., and Jeremić, M., Quantification of compression wood severity in tracheids of Pinus radiata D. Don using confocal fluorescence imaging and spectral deconvolution, J. Struct. Biol., 2010, vol. 169, no. 1, pp. 106–115. https://doi.org/10.1016/j.jsb.2009.09.006
Encina, C.L. and Regalado, J.J., Aspects of in vitro plant tissue culture and breeding of asparagus: A review, Horticulturae, 2022, vol. 8, no. 5, p. 439. https://doi.org/10.3390/horticulturae8050439
Fritz, C., Palacios-Rojas, N., Feil, R., and Stitt, M., Regulation of secondary metabolism by the carbonnitrogen status in tobacco: nitrate inhibits large sectors of phenylpropanoid metabolism, Plant J., 2006, vol. 46, no. 4, pp. 533–548. https://doi.org/10.1111/j.1365-313X.2006.02715.x
Guo, Q., Wang, N., Liu, H., Li, Z., Lu, L., and Wang, C., The bioactive compounds and biological functions of Asparagus officinalis L. – A review, J. Funct. Foods, 2020, vol. 65, p. 103727. https://doi.org/10.1016/j.jff.2019.10372
Hildah Mfengwana, P.M.A. and Sitheni Mashele, S., Medicinal Properties of Selected Asparagus Species: A Review, IntechOpen, 2020. https://doi.org/10.5772/intechopen.87048
Huang, H., Yao, Q., Xia, E., and Gao, L., Metabolomics and transcriptomics analyses reveal nitrogen influences on the accumulation of flavonoids and amino acids in young shoots of tea plant (Camellia sinensis L.) associated with tea flavor, J. Agric. Food Chem., 2018, vol. 66, no. 37, pp. 9828–9838. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.8b01995
Jaramillo, S., Muriana, F.J.G., Guillen, R., Jimenez-Araujo, A., Rodriguez-Arcos, R., and Lopez, S., Saponins from edible spears of wild asparagus inhibit AKT, p70S6K, and ERK signalling, and induce apoptosis through G0/G1 cell cycle arrest in human colon cancer HCT-116 cells, J. Funct. Foods, 2016, vol. 26, pp. 1–10. https://doi.org/10.1016/j.jff.2016.07.007
Ji, Y., Ji, C., Yue, L., and Xu, H., Saponins isolated from Asparagus induce apoptosis in human hepatoma cell line HepG2 through a mitochondrial-mediated pathway, Curr. Oncol., 2012, vol. 19, no. 11, pp. 1–9. https://doi.org/10.3747/co.19.1139
Kolomiiets, Yu. and Skuba, A. Optimization of biotechnological process of clonal micropropagation in vitro of Asparagus officinalis L., Biol. Sist.: Teor. Innovatsii, 2021, vol. 12, no. 3, pp. 24–33. https://doi.org/10.31548/biologiya2021.03.003
Kumar, K., Debnath, P., Singh, S., and Kumar, N., An overview of plant phenolics and their involvement in abiotic stress tolerance, Stresses, 2023, vol. 3, pp. 570–585. https://doi.org/10.3390/stresses3030040
Liu, W., Huang, X.-F., Qi, Q., Dai, Q.-S., Yang, L., Nie, F.-F., Lu, N., Gong, D.-D., Kong, L.-Y., and Guo, Q.-L., Asparanin A induces G2/M cell cycle arrest and apoptosis in human hepatocellular carcinoma HepG2 cells, Biochem. Biophys. Res. Commun., 2009, vol. 381, no. 4, pp. 700–705. https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2009.02.124
Ma, J., Li, X., He, M., Li, Y., Lu, W., Li, M., Sun, B., and Zheng, Y., A joint transcriptomic and metabolomic analysis reveals the regulation of shading on lignin biosynthesis in Asparagus, Int. J. Mol. Sci., 2023, vol. 24, p. 1539. https://doi.org/10.3390/ijms24021539
MarElia, C.B., Sharp, A.E., Shemwell, T.A., Zhang, Y.C., and Burkhardt, B.R., Anemarrhena asphodeloides Bunge and its constituent timosaponin-AIII induce cell cycle arrest and apoptosis in pancreatic cancer cells, FEBS Open Bio, 2018, vol. 8, no. 7, pp. 1155–1166. https://doi.org/10.1002/2211-5463.12457
Mishiba, K.I., Tawada, K.I., and Mii, M., Ploidy distribution in the explant tissue and the calluses induced during the initial stage of internode segment culture of Asparagus officinalis L., In Vitro Cell. Dev. Biol.-Plant, 2006, vol. 42, no. 1, pp. 83–88. https://doi.org/10.1079/IVP2005724
Murashige, T. and Skoog, F., A Revised medium for rapid growth and bio assays with tobacco tissue cultures, Physiol. Plant., 1962, vol. 15, no. 3, pp. 473–497. https://doi.org/10.1111/j.1399-3054.1962.tb08052.x
Nakabayashi, R., Nishizawa, T., Mori, T., Sudo, H., Fujii, I., Asano, T., and Saito, K., Producing the sulfur-containing metabolite asparaptine in Asparagus calluses and a suspension cell line, Plant Biotechnol. (Tokyo), 2019, vol. 36, no. 4, pp. 265–267. https://doi.org/10.5511/plantbiotechnology.19.1002a
Pachuau, L., Laldinchhana Roy, P.K., Zothantluanga, J.H., Ray, S., and Das, S., Encapsulation of bioactive compound and its therapeutic potential, in Bioactive Natural Products for Pharmaceutical Applications, 2021, vol. 140, pp. 687–714. https://doi.org/10.1007/978-3-030-54027-2_20
Pegiou, E., Mumm, R., Acharya, P., de Vos, R.C.H., and Hall, R.D., Green and White Asparagus (Asparagus officinalis): A source of developmental, chemical and urinary intrigue, Metabolites, 2020, vol. 10, no. 1, p. 17. https://doi.org/10.3390/metabo10010017
Pontaroli, A.C. and Camadro, E.L., Somaclonal variation in Asparagus officinalis plants regenerated by organogenesis from long-term callus cultures, Genet. Mol. Biol., 2005, vol. 28, no. 3, pp. 423–430. https://doi.org/10.1590/S1415-47572005000300015
Prinsi, B. and Espen, L., Time-course of metabolic and proteomic responses to different nitrate/ammonium availabilities in roots and leaves of maize, Int. J. Mol. Sci., 2018, vol. 19, no. 8, p. 2022. https://doi.org/10.3390/ijms19082202
Pu, Y., Zhou, Q., Yu, L., Li, C., Dong, Y., Yu, N., and Chen, X., Longitudinal analyses of lignin deposition in green asparagus by microscopy during high oxygen modified atmosphere packaging, Food Packag. Shelf Life, 2020, vol. 25, p. 100536. https://doi.org/10.1016/j.fpsl.2020.100536
Qin, J., Yue, X., Shang, X., and Fang, S., Nitrogen forms alter triterpenoid accumulation and related gene expression in Cyclocarya paliurus (Batalin) Iljinsk. Seedlings, Forests, 2020, vol. 11, no. 6, p. 631. https://doi.org/10.3390/f11060631
Raimondi, J.P., Camadro, E.L., and Babinec, F.J., Somatic embryogenesis in Asparagus officinalis L. cv. Argenteuil: interactions between genotype, explant type and growth regulators on callus induction, growth and embryogenic differentiation, Biocell, 2001, vol. 25, no. 2, pp. 147–154. https://doi.org/10.1007/s00000-005-5039-5
Schäfer, J., Wagner, S., Trierweiler, B., and Bunzel, M., Characterization of cell wall components and their modifications during postharvest storage of Asparagus officinalis L.: Storage-related changes in dietary fiber composition, J. Agric. Food Chem., 2016, vol. 64, no. 2, pp. 478–486. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.5b05575
Singleton, V.L. and Rossi, J.A., Colorimetry of total phenolics with phosphomolybdic-phosphotungistic acid reagents, Am. J. Enol. Viticult., 1965, vol. 16, no. 3, pp. 144–158. https://doi.org/10.5344/ajev.1965.16.3.144
Upadhyay, S., Jeena, G.S., Shikha, and Shukla, R.K., Recent advances in steroidal saponins biosynthesis and in vitro production, Planta, 2018, vol. 248, no. 3, pp. 519–544. https://doi.org/10.1007/s00425-018-2911-0
Yumi, K., Kang-Hoon, K., In-Seung, L., Young, P.J., Yun-Cheol, N., Won-Seok, C., and Hyeung-Jin, J., Apoptosis and G2/M cell cycle arrest induced by a timosaponin A3 from Anemarrhena asphodeloides Bunge on AsPC-1 pancreatic cancer cells, Phytomedicine, 2019, vol. 56, pp. 48–56. https://doi.org/10.1016/j.phymed.2018.08.006
Zhang, F., Zhang, Y.-Y., Sun, Y.-S., Ma, R.-H., Thakur, K., Zhang, J.-G., and Wei Z.-J., Asparanin A from Asparagus officinalis L. induces G0/G1 cell cycle arrest and apoptosis in human endometrial carcinoma Ishikawa cells via mitochondrial and PI3K/AKT signaling pathways, J. Agric. Food Chem., 2020, vol. 68, no. 1, pp. 213–224. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.9b07103