Научный журнал

Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955

ИФ РИНЦ = 0,593

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Умралина А.Р. 1 Конурбаева Р.У. 1

---

1 Институт биотехнологии Национальной академии наук Кыргызской Республики

В статье приводятся данные по изучению растений рода Hedysarum, произрастающих на территории Кыргызстана, по накоплению флавоноидов и антиоксидантной активности (АОА) в нативных растениях и культурах in vitro – изолированных и трансформированных корнях (hairy roots). В работе были изучены образцы 17 видов растений, собранных на разных территориях Кыргызстана. Из 17 протестированных видов наибольший эффект наблюдался у H. neglectum, H. flavescens и H. kirghisorum. Самые высокие значения АОА были обнаружены у H. flavescens как в цветках, так и в листьях. Высокая АОА в цветках отмечена у H. dmitrievae. Показано преимущество использования культуры тканей при продуцировании формононетина, что свидетельствует о перспективности применения биотехнологических методов, позволяющих сохранять естественные запасы растений. Содержание формононетина в hairy roots превышало его содержание в нативных растениях более чем в 4 раза у H. denticulatum, более чем в 7 раз у H. parvum, более чем в 22 раза у H. santalaschii, а также в нативных корнях H. daraut-kurganicum обнаружены следы формононетина.

Статья в формате PDF

513 KB

Hedysarum

флавоноиды

АОА

hairy roots

формононетин

1. Dong Y., Tang D., Zhang N., Li Y., Zhang C., Li L., Li M. Phytochemicals and biological studies of plants in genus Hedysarum. Chemistry Central Journal. 2013. Vol. 7. No. 1. P. 1–13.

2. Zengin G., Guler G.O., Aktumsek A., Ceylan R., Picot C.M.N., Mahomoodally M.F. Enzyme inhibitory properties, antioxidant activities, and phytochemical profile of three medicinal plants from Turkey. Advances in pharmacological sciences. 2015. [Electronic resource]. URL: https://www.hindawi.com/journals/aps/2015/410675/27861 (date of access: 17.09.2021).

3. Yurkevich O.Y., Samatadze T.E., Selyutina I.Y., Romashkina S.I., Zoshchuk S.A., Amosova A.V., Muravenko O.V. Molecular Cytogenetics of Eurasian Species of the Genus Hedysarum L. (Fabaceae). Plants. 2021. Vol. 10. No. 1. P. 89.

4. Duan L., Wen J., Yang X., Liu P., L., Arslan E., Ertuğrul K., Chang Z., Y. Phylogeny of Hedysarum and tribe Hedysareae (Leguminosae: Papilionoideae) inferred from sequence data of ITS, matK, trnL-F and psbA-trnH. Taxon. 2015. Vol. 64. No. 1. P. 49–64.

5. Nafisi H., Kazempour-Osaloo S., Mozaffarian V., Schneeweiss G.M. Molecular phylogeny and divergence times of the genus Hedysarum (Fabaceae) with special reference to section Multicaulia in Southwest Asia. Plant Systematics and Evolution. 2019. Vol. 305. No. 10. P. 1001–1017.

6. Xu J.F., Bo A., Xiao H., Zhang M.X., Zhang C.H., Li M.H. Variety textual research of Mongolian medicine of» saradma». Zhongguo Zhong yao za zhi, Zhongguo Zhongyao Zazhi. China Journal of Chinese Materia Medica. 2020. Vol. 45. No. 16. P. 3981–3987. DOI: 10.19540/j.cnki.cjcmm.20200527.108.

7. Nafisi H., Osaloo S.K., Kaveh A., Mahmoodi M. Ak Taxonomic Revision of the Genus Hedysarum L. (Fabaceae-Hedysareae) in Iran. Phytotaxa. 2021. Vol. 511. No. 2. P. 79–110.

8. Bushman B.S., Larson S.R., Peel M.D., Pfrender M.E. Population structure and genetic diversity in North American Hedysarum boreale Nutt. Crop Science. 2007. Vol. 47. No. 3. P. 1281–1288

9. Duan L., Wen J., Yang X., Liu P.L., Arslan E., Ertuğrul K., Chang Z.Y. Phylogeny of Hedysarum and tribe Hedysareae (Leguminosae: Papilionoideae) inferred from sequence data of ITS, matK, trnL-F and psbA-trnH. Taxon. 2015. Vol. 64. No. 1. P. 49–64.

10. Zvyagina N. S., Dorogina O. V., Catalan P. Genetic relatedness and taxonomy in closely related species of Hedysarum (Fabaceae). Biochemical Systematics and Ecology. 2016. Vol. 69. P. 176–187. DOI: 10.1016/j.bse.2016.10.001.

11. Appaji M Ashwini. Quantification of phytochemical contents and in vitro antioxidant activity of Exacum bicolor (roxb.), an endemic medicinal plant. International journal of pharmacy and pharmaceutical sciences. 2015. Vol. 7. No. 6. P. 225–230.

12. Лазьков Г.А., Султанова Б.А. Кадастр флоры Кыргызстана. Сосудистые растения. 2014. 126 с.

13. Султанова Б.А. Копеечники Киргизии. Ф.: Илим, 1976. 123 с.

14. Umralina A. Building seed collections for pharmacological research in Kyrgyzstan. Samara, 2014. Is. 26. P. 9.

15. Umralina A., Hegay S. Putting seeds to good use Kyrgyzstan explores the pharmacological potential of its native flora. Samara. 2018. Is. 34. P. 1–2.

16. Алимбаева П.К., Гончарова А.В. Дикорастущие лекарственные растения. Фрунзе, 1971. 99 с.

17. Беликов В.В. Аналитические исследования природных фенольных соединений и разработка методов их количественного определения: автореф. дис. … док. фарм. наук. Харьков, 1990. 36 с.

18. Максимова Т.В., Никулина И.Н., Пахомов В.П., Шкарина Е.И., Чумакова З.В., Арзамасцев А.П. Способ определения антиокислительной активности // Патент РФ № 2170930. Патентообладатель Московская медицинская академия им. И.М. Сеченова. 2001.

19. Tava A., Biazzi E., Ronga D., Mella M., Doria F., D’Addabbo T., Candido V., Avato P. Chemical Identification of Specialized Metabolites from Sulla (Hedysarum coronarium L.) Collected in Southern Italy. Molecules. 2021. Vol. 26. No. 15. P. 1–15. DOI: 10.3390/molecules26154606.

20. Конурбаева Р.У., Чернышева Т.П., Умралина А.Р. Получение культур генетически трансформированных корней растений рода Hedysarum // Вестник Кыргызского Национального университета имени Жусупа Баласагына. Спец. выпуск. 2014. С. 90–94.

21. Умралина А.Р., Банайя П., Секе Е., Вдовитченко М.Ю., Кузовкина И.Н. Флавоноиды культивируемых in vitro корней копеечника энаффа (Hedysarum enaffae) // Биология клеток растений in vitro и биотехнология: материалы IX Международной конференции (Звенигород, 8–12 сентября 2008 г.). М.: ИД ФБК-ПРЕСС, 2008. С. 414–415.

Всестороннее изучение дикорастущей флоры вызвано наличием ряда существенных проблем как в области сохранения биоразнообразия видов, так и в области фитохимических, фармакологических и биотехнологических исследований [1, 2]. Большое внимание уделяется изучению роли копеечников [3–5], в том числе и в традиционной медицине [6] Монголии, Китая, решаются проблемы таксономии [7] и биохимии рода [8–10]. За последние десятилетия при помощи различных методов хроматографии из растений рода Hedysarum стали известны 155 соединений, которые показали предполагаемую активность: антиоксидантную, активность против старения, регулирование активности иммунной системы, противоопухолевую активность [11].

Значительный интерес с этой точки зрения представляет род Hedysarum флоры Кыргызстана – один из многочисленных родов, включает 34 вида [12], что составляет 17 % мирового видового разнообразия, среди которых высок процент эндемиков. Особенности климатических и экологических условий в Республике, разнообразие географических зон способствуют биосинтезу и накоплению в растениях физиологически активных соединений. Их видовой состав, ареал, биоморфологические характеристики впервые были представлены в монографии Султановой [13].

При поддержке Королевского ботанического сада, Кью нами созданы при Институте биотехнологии НАН КР семенной банк [14, 15], коллекции культуры тканей и изолированных органов растений дикорастущей флоры, где хранятся коллекции рода Hedysarum (www.plant-biotech.kg).

Целью данного исследования было провести скрининг на содержание флавоноидов и АОА в нативных растениях и культурах in vitro – hairy roots.

Материалы и методы исследования

Было исследовано 17 видов растений рода Hedysarum из коллекции семенного банка, половина видов имеет статус эндемиков. Два вида – H. chaitocarpum и H. montanum – были продублированы в сравнительном изучении и взяты из двух разных географических зон. Местонахождение и природоохранный статус испытуемых растений приведены в табл. 1. Использовались гербарный материал, а также культуры тканей in vitro – hairy roots для определения количественного содержания флавоноидов для каждого вида и распределения их по частям растения, а также расчета АОА.

В образцах определяли сумму флавоноидов и антиоксидантную активность (АОА). Для расчета суммарного содержания флавоноидов использовали экспресс-методику [16, 17]. АОА определяли двумя методами – в соответствии с описанием патентного изобретения Т.В. Максимовой и иных [18] и с использованием DPPH (2,2-дифенил-1-пикрилгидразилом).

На хроматографе Agilent 1260 Infinity методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) определяли содержание изофлавона (формононетина) в экстрактах растений. Для анализа использовались нативные корни и hairy roots 4 видов растений рода Hedysarum из коллекции трансформированных корней копеечников, которые ранее были получены лабораторией Института биотехнологии растений НАН КР. Калибровку хроматографа проводили по стандарту формононетину с использованием колонки Eclipse Plus C18, 5 µm, 4,5 х 250 мм.

Результаты исследования и их обсуждение

Большее накопление флавоноидов отмечали в листьях по сравнению с другими частями растений, исключением был вид H. flavescens, у которого в цветках содержание флавоноидов превышало их содержание в листьях, данные представлены в табл. 1. Из 17 испытуемых видов наибольший эффект отмечен у H. neglectum, H. flavescens и H. kirghisorum. При сопоставлении одних и тех же видов, произрастающих в разных географических зонах (H. chaitocarpum и H. montanum), было отмечено, что количество флавоноидов существенно различалось. Это соответствует данным о том, что различия в химическом составе могут иметь место в пределах одного и того же вида в зависимости от географического происхождения [19].

Результаты определения АОА двумя методами представлены в табл. 1 и на рис. 1. Следует отметить, что наблюдалась определенная корреляция между данными, полученными в обоих экспериментах. Наивысшие показатели АОА были выявлены у H. flavescens, как в цветках, так и в листьях. Высокая АОА в цветках была отмечена у H. dmitrievae.

Определенный интерес представляют изучение компонентов флавоноидной природы не только в нативных растениях, но и в тканях растений Hedysarum и проведение сравнительного анализа гербарного материала и культур тканей. В работе были использованы культуры hairy roots из коллекции банка семян Института биотехнологии [20].

Ранее нами совместно с И.Н. Кузовкиной (ИФР РАН) был проведен анализ корней эндемика H. enaffae (hairy root and isolated root) на базе Института фармакогнозии Университета им. Семмельвайса (Будапешт, Венгрия) [21]. Результаты ВЭЖХ анализа корней H. enaffae показали, что доминирующим компонентом культивируемых in vitro корней hairy roots являются изофлавоны – производные формононетина. Обнаруженные четко выраженные пики веществ соответствуют двум изофлавонам, которые были идентифицированы на основании данных ВЭЖХ и UV-спектроскопии и подтверждены данными 1H- и 13С ЯМР-спектрометрии, проведенной в Институте химической экологии им. Макса Планка в Йене (Германия). Результаты хроматографии показали, что доминирующим флавоноидом hairy roots and isolated roots копеечника является изофлавон ононин.

Изофлавон ононин является гликозидом агликона формононетина, который в свободном виде не обнаружен в корневых культурах H. enaffae (в отличие от hairy roots of H. theinum). Поскольку основным компонентом культивируемых корней H. enaffae является ононин, было определено количественное содержание этого изофлавона в hairy roots. На основании данных ВЭЖХ по площади пиков была вычислена концентрация ононина в этих двух культурах. Результаты показали, что концентрация ононина в hairy roots составляет 10,91 мг/г сухого веса корней (или 1,1 %), в то время как в изолированных корнях концентрация изофлавона – 0,945 мг/г сухого веса (или 0,095 %), т.е. на один порядок ниже.

Результаты приведены в табл. 2.

Таблица 2

Содержание формононетина в нативных (NR) и трансформированных корнях (HR) растений рода Hedysarum, мг/г сухого вещества

Содержание формононетина в hairy roots превышало его содержание в нативных растениях более чем в 4 раза у H. denticulatum, более чем в 7 раз у H. parvum, более чем в 22 раза у H. santalaschii, а в нативных корнях H. daraut-kurganicum обнаруживаются следы формононетина.

Рис. 2. Хроматограмма нативных (А) и hairy roots H. denticulatum (Б) по определению формононетина

Выводы

Исследованы 17 видов рода Hedysarum флоры Кыргызстана, большинство из которых имеют природоохранный статус «эндемики» и «субэндемики». В нативных растениях выявлено высокое содержание флавоноидов и АОА у H. neglectum, H. kirghisorum и H. flavescens. Сравнительное изучение содержания формононетина в нативных растениях и в hairy roots показало превышение его концентрации в несколько раз в hairy roots по сравнению с нативными растениями, что говорит о преимуществе использования методов биотехнологии.

Библиографическая ссылка