Analyse der Unterschiede bei den antioxidativ wirksamen Bestandteilen im Kallusgewebe der Goji-Beere mit Hilfe der Metabolomics-Technologie
Lycium barbarum L., eine Pflanze aus der Familie der Nachtschattengewächse (Solanaceae) und der Gattung Lycium, ist eine traditionelle chinesische Heilpflanze, die in die Ausgabe 2020 des Arzneibuchs der Volksrepublik China (nachstehend "Chinesisches Arzneibuch" genannt) aufgenommen wurde. Aufgrund ihres hohen Gehalts an Wirkstoffen wie Polyphenolen und Alkaloiden hat sie eine gute antibakterielle und entzündungshemmende Wirkung und einen hohen essbaren und medizinischen Wert. Sie wurde von der chinesischen Lebensmittel- und Arzneimittelbehörde in die erste Reihe der homologen Arzneimittelkataloge aufgenommen und erfreut sich auf dem in- und ausländischen Markt für Gesundheitsprodukte großer Beliebtheit. Aufgrund des Einflusses meteorologischer Faktoren wie Temperatur und Feuchtigkeit auf die Qualität der Goji-Beeren waren Ningxia, Qinghai und andere Provinzen schon immer die Hauptanbaugebiete für Goji-Beeren. Die traditionelle landwirtschaftliche Produktion ist jedoch nach wie vor mit großen Problemen wie langen Wachstumszyklen und schwieriger manueller Regulierung konfrontiert. Die Technologie der Pflanzengewebekultur bietet eine Lösung für dieses Problem.
Die Pflanzengewebekultur ist eine Technik, bei der isolierte Pflanzenorgane, Zellen usw. auf geeigneten Nährböden unter sterilen und künstlich kontrollierten Bedingungen in vollständige Pflanzen regeneriert oder umgewandelt werden. Kallusgewebe ist eine dünnwandige Zelle in einem amorphen Zustand, die leicht aus isolierten Pflanzenorganen gewonnen werden kann. Aufgrund der Pluripotenz von Pflanzenzellen verfügt das Kallusgewebe der Wolfsbeere über dieselbe genetische Information wie die natürliche Wolfsbeerpflanze, und auch die chemische Zusammensetzung und die biologische Aktivität weisen einen hohen Grad an Ähnlichkeit auf. Im Vergleich zum traditionellen landwirtschaftlichen Anbau sind die Bedingungen für die Induktion von Gojibeeren-Kallusgewebe durch die Technologie der Pflanzengewebekultur besser kontrollierbar, und der Wachstumszyklus von Kallusgewebe ist kürzer als der von künstlich gepflanzten Gojibeeren. Die Erzeugung von Gojibeeren-Kallusgewebe durch Pflanzengewebekultur erweitert daher den Zugang zu Gojibeeren-Ressourcen und trägt dazu bei, die wachsende Nachfrage auf dem Gojibeerenmarkt zu befriedigen. Die Metabolomik ist eine Wissenschaft, die die Arten, Mengen und Veränderungen von Metaboliten mit einem Molekulargewicht von weniger als 1500 Da in lebenden Organismen untersucht. Sie wird häufig bei der Analyse der Zusammensetzung von medizinischen und essbaren natürlichen Pflanzen wie Astragalus membranaceus und Ginseng eingesetzt. Die derzeitige Analyse der Inhaltsstoffe der Goji-Beere beschränkt sich jedoch noch auf die Früchte, Blüten, Blätter usw. der Goji-Beere, die unter natürlichen Bedingungen angebaut werden.
In dieser Studie wurde ein stabiles Goji-Beeren-Kallus-Kultursystem aus Goji-Beeren-Samen etabliert, die antioxidative Aktivität von Kallus-Geweben, die durch verschiedene Kombinationen von Pflanzenwachstumsregulatoren induziert wurden, verglichen und eine Metabolomik-Analyse durchgeführt, um die Zusammensetzung und Stoffwechselwege von Kallus-Geweben zu analysieren. Die Studie untersuchte die Quellen der antioxidativen Metaboliten in den Kallusgeweben der Gojibeere und lieferte Hinweise für die eingehende Entwicklung und vielfältige Anwendung der Ressourcen der Gojibeere.

Ein stabiles Goji-Beeren-Kallus-Kultursystem wurde etabliert, indem Stammsegmente aus sterilen Sämlingen von Goji-Beeren-Samen als Explantate für die Induktion von Kallusgewebe verwendet wurden, und es wurde Goji-Beeren-Kallusgewebe mit hoher antioxidativer Aktivität gewonnen. Durch eine ungezielte Metabolomanalyse wurde festgestellt, dass die stoffliche Zusammensetzung und die Unterschiede in den Stoffwechselwegen des Gojibeeren-Kallusgewebes 752 Verbindungen enthalten, die in Bezug auf die Wirkstoffe den natürlichen Pflanzen ähnlich sind und eine bessere antioxidative Aktivität als die natürlichen Pflanzen aufweisen. Im Vergleich zu DK gab es signifikante Unterschiede bei 55 Metaboliten in NB, von denen 22 Metaboliten hochreguliert waren, darunter Sekundärmetaboliten wie Betain mit guter antioxidativer Aktivität. Darüber hinaus ist der Gehalt an Laktose und Laktulose in der BS 11-mal höher als in der DK. Diese Zucker können als Primärmetaboliten durch Glykosidase-Hydrolyse in Monosaccharide umgewandelt werden, und wichtige antioxidative Vorstufen wie Glutamin können durch Glukoneogenese erzeugt werden, was indirekt die Erzeugung von Sekundärmetaboliten fördert und die antioxidative Kapazität im Goji-Kallusgewebe erhöht. Die KEGG-Ergebnisse zeigten, dass signifikant unterschiedliche Metaboliten in 20 Stoffwechselwegen angereichert wurden, hauptsächlich durch ABC-Transporter, Glycerophospholipid-Stoffwechsel, Aminoacyl-tRNA-Biosynthese und Aminosäure-Biosynthesewege, die direkt oder indirekt das Wachstum und die Metaboliten-Synthese von Goji-Beeren-Kallusgewebe regulieren.

Von den 55 nachgewiesenen differenziellen Metaboliten wurden Betain und organische Säuren ausgiebig untersucht, während sekundäre Metaboliten wie Berberin kaum erforscht wurden. Epiberberin hat eine gute Wirkung auf die Verringerung der Lipidakkumulation und ist für die menschliche Gesundheit sehr nützlich. Durch die Steuerung der äußeren Bedingungen für die gezielte Induktion von Metaboliten im Kallusgewebe können derzeit spezifische Metaboliten angereichert und sichere und zuverlässige natürliche Wirkstoffe aus Pflanzen durch Trennungs- und Reinigungsverfahren gewonnen werden. Khanam et al. steigerten den Ertrag von Pfefferminzöl durch Zugabe von Pflanzenwachstumsregulatoren mit unterschiedlichen chemischen Strukturen, was auf die Möglichkeit der Regulierung von Sekundärmetaboliten in Pflanzen hinweist. Es wird erwartet, dass die Pflanzengewebekultur ein wichtiger Weg zur Gewinnung von Goji-Ressourcen wird und als Referenz für die Entwicklung von Goji-Ressourcen dient, insbesondere für die industrielle Produktion von Sekundärmetaboliten.