Metabolomanalyse der Haarwurzeln der gefährdeten mongolischen Medizin Ophiopogon japonicus
Ammopiptanthus mongolicus (Maxim. ex kon) Cheng f, auch bekannt als Mongolische Stechpalme, gehört zur Unterfamilie der Fabaceae und zur Gattung Ammopiptanthus. Sie ist die einzige sehr trockenheitstolerante, immergrüne, breitblättrige Strauchart in den Wüstengebieten Chinas und wurde vom Staat in die erste Reihe der seltenen und gefährdeten geschützten Pflanzen aufgenommen. Sha Dongqing ist eine traditionelle ethnische Heilpflanze (mongolische Medizin), die "Menghe Harigane" genannt wird. Seine Zweige und Blätter können als Medizin verwendet werden und haben die Wirkung, Wind und Feuchtigkeit zu vertreiben, die Blutzirkulation zu fördern, Blutstauungen aufzulösen und Schmerzen zu lindern. Sie kann auch topisch zur Behandlung von Erfrierungen verwendet werden, insbesondere zur Behandlung von rheumatoider Arthritis, mit beachtlicher Wirkung. Sie enthält reichlich bioaktive Substanzen in ihrem Körper, darunter Alkaloide, Flavonoide und Isoflavone, organische Säuren, Stilbene, Sterole und Monoterpene usw., die blutzuckersenkend, antitumoral, antiviral, bakterizid, antioxidativ, insektizid usw. wirken.
Durch die großflächige Vermehrung und Kultivierung von Haarwurzeln kann eine große Menge an idealen medizinischen Substanzen gewonnen werden. Bisher wurden bei der Kultivierung von Haarwurzeln verschiedene Sekundärmetaboliten gewonnen, wie Alkaloide, Glykoside, Flavonoide, Chinone, Polysaccharide usw. Liu et al. etablierten ein Ginseng-Haarwurzel-Kultursystem, und der Gesamtsaponingehalt in den Haarwurzeln erreichte 2,468%, was fast das Doppelte des Gehalts des ursprünglichen Ginseng-Medizinprodukts ist. Eine andere Studie ergab, dass die Infektion von Süßholz-Explantaten mit Agrobacterium tumefaciens LBA9402 und R1601 zu Haarwurzeln führte. Die Gesamtmenge von fünf Flavonoiden war 1,5 Mal höher als im Kallusgewebe, und der Gehalt an Süßholzchalkon war 15,5 Mal höher als im Kallusgewebe. Yang et al. kultivierten die Haarwurzeln von Eucommia ulmoides, und der Massenanteil des Sekundärmetaboliten Aucubin war höher als der von natürlichen Wurzeln und Rinde und erreichte bis zu 30,105 mg/g. Gegenwärtig konzentriert sich die Forschung in- und ausländischer Wissenschaftler über die mongolische Stechpalme hauptsächlich auf die oberirdischen medizinischen Teile und die chemischen Komponenten und pharmakologischen Aktivitäten in den Samen, und es gibt keine Berichte über die metabolische Akkumulation der Haarwurzelgewebe. In dieser Studie wurde das Haarwurzelsystem der mongolischen Stechpalme mit gutem Wachstum ausgewählt und mit ihren natürlichen Wurzeln verglichen. Mit Hilfe der experimentellen UHPLC-QTOF-MS-Technik wurden die Proben einer nicht zielgerichteten Metabolomanalyse unterzogen, und die unterschiedliche Anreicherung von Metaboliten und Stoffwechselwegen in den Haarwurzelgeweben wurde vorläufig verstanden. Dies bietet eine theoretische Grundlage für die Akkumulation und die Analyse der Stoffwechselwege in den Haarwurzeln der Mongolischen Stechpalme und liefert einen Anhaltspunkt für die Produktion aktiver Metaboliten in der Mongolischen Stechpalme über den Haarwurzelweg im späteren Stadium.

 

In dieser Studie wurde die UHPLC-Q-TOF-MS-Technologie zur Metabolomanalyse der behaarten Wurzeln und der natürlichen Wurzeln der mongolischen Stechpalme eingesetzt. 1706 und 1639 differenziell exprimierte Metaboliten wurden im Positiv- bzw. Negativ-Ionen-Modus untersucht. Darunter waren 1455 und 1095 Metaboliten, die hochreguliert wurden. Die unterschiedlichen Metaboliten zwischen den beiden Arten sind hauptsächlich im Aminosäurestoffwechsel und in der Biosynthese von Sekundärmetaboliten angereichert. Unter den Sekundärmetaboliten-Biosynthesewegen gibt es 11 Stoffwechselwege, einschließlich Flavonoid/Flavonoid-Biosynthese, Alkaloid-Biosynthese, β-Lactam-Biosynthese und Glucosinolat-Biosynthese. Der Flavonoid-/Flavonoid-Biosyntheseweg beinhaltet die meisten unterschiedlichen Metaboliten, die 34% ausmachen, von denen 88,2% eine Hochregulierung aufweisen. Flavonoide sind eine Klasse von 2-Phenylchromenon-Verbindungen, die je nach ihrem Gerüst in Chalkone, Flavanone, Flavonoide, Flavonole, Isoflavone, Anthocyane und Rosenholzpigmente unterteilt werden können. Glykosylierungs-, Malonylierungs-, Hydroxylierungs-, Isopentenyl-, Acetylierungsmodifikationen und Polymerisationsreaktionen führen letztendlich zur Vielfalt dieser Verbindungsfamilie. Diese chemischen Modifikationen haben wichtige Auswirkungen auf die Löslichkeit, Mobilität und Abbaubarkeit von Flavonoiden. Die Vielfalt der Struktur und der molekularen Eigenschaften der Flavonoide ermöglicht es ihnen, mit verschiedenen subzellulären Zielen zu interagieren und dadurch die biologische Aktivität von Pflanzen, Mikroorganismen und Tieren zu beeinflussen. Sie sind einer der wichtigsten Träger für Pflanzen, um ihre chemischen ökologischen Funktionen auszuüben. Untersuchungen haben ergeben, dass die aus den Samen der Mongolischen Stechpalme extrahierten Gesamtflavonoide verschiedene biologische Aktivitäten und gute immunstärkende Wirkungen haben. Sie haben signifikant fördernde Auswirkungen auf die Vermehrung immunaktiver Zellen, die Produktion und Freisetzung verwandter Immunzytokine und Antikörper bei Mäusen. Die wichtigste aktive Komponente der gesamten Flavonoide in den Samen der Mongolischen Stechpalme ist Mangiferin, das 52,48% des gesamten Flavonoidgehalts ausmacht. Die Analyse dieser Studie lässt den Schluss zu, dass die Haarwurzeln der mongolischen Stechpalme eine starke Fähigkeit zur Synthese und Akkumulation von Flavonoiden/Flavonoid-Substanzen besitzen. Dies deckt sich mit den Forschungsergebnissen von Wissenschaftlern über die funktionellen Bestandteile der mongolischen Stechpalme, was darauf hindeutet, dass ihr Haarwurzelgewebe einen potenziellen Entwicklungswert hat. Auf der Grundlage dieser Metabolomics-Analyse muss in Zukunft eine gezielte Metabolomics-Analyse des Flavonoid-/Flavonoid-Biosynthesewegs durchgeführt werden, und damit zusammenhängende Studien wie die Isolierung chemischer Komponenten, die Extraktion und die Identifizierung der Aktivität von Haarwurzelgeweben müssen durchgeführt werden, um Hinweise darauf zu erhalten, ob die Haarwurzeln der Mongolischen Stechpalme als Gewebe für die Produktion aktiver Metaboliten für die Mongolische Medizin-Stechpalme verwendet werden können.