Los efectos del jasmonato de metilo y el ácido salicílico sobre el crecimiento del tejido de callo y la formación de saponina en Panax quinquefolius L. es una planta herbácea perenne de la familia Araliaceae. Sus principales principios activos son los ginsenósidos y los compuestos de saponina, y es una de las hierbas chinas más utilizadas en el mundo. Según las investigaciones modernas, tiene efectos significativos en la reducción de los lípidos sanguíneos, la mejora de la isquemia miocárdica y la prevención del cáncer, y posee un valor médico y comercial extremadamente alto. En la actualidad, el ginseng americano de China depende desde hace tiempo de las importaciones y se enfrenta a la escasez de recursos silvestres, altos costes de producción y largos ciclos de crecimiento. En particular, el contenido de saponinas raras en el ginseng americano es extremadamente bajo, lo que dificulta su aplicación clínica. Mediante el uso de la tecnología de cultivo de células de plantas medicinales, sin estar limitado por el tiempo, la región y el período de crecimiento del material, se puede obtener una gran cantidad de biomasa de ginseng americano y metabolitos secundarios diana en un período de tiempo relativamente corto. Cabe señalar que el sistema de cultivo de callo de ginseng americano establecido todavía tiene el problema de la baja producción de ginsenósidos, lo que afecta al rápido desarrollo de la industria del ginseng americano.

Con el desarrollo continuo y la aplicación generalizada de inductores, se ha convertido en un tema candente el uso de inductores como señal específica para inducir la expresión de genes diana en las células, regulando así la síntesis de metabolitos secundarios en las células vegetales. Por lo tanto, el estudio del uso de inductores para promover la acumulación de metabolitos secundarios en el cultivo de tejidos vegetales ha cobrado especial importancia. El jasmonato de metilo (MeJA) y el ácido salicílico (SA) son inductores de uso común que promueven la síntesis de diversos metabolitos. Se han aplicado con éxito en la inducción de metabolitos secundarios en varias plantas medicinales como Tripterygium wilfordii, cártamo, Scutellaria baicalensis y Salvia miltiorrhiza. Actualmente, hay pocos informes sobre el uso de MeJA y SA para aumentar el contenido de saponina en el tejido de callo de ginseng americano. Por lo tanto, este experimento utilizó tejido de callo de ginseng americano como material para estudiar los efectos del tratamiento con MeJA y SA en el crecimiento, la actividad enzimática relacionada y el contenido de ginsenósidos del componente químico principal del tejido de callo de ginseng americano, proporcionando una base teórica para el cultivo de tejido de callo de ginseng americano y la producción de metabolitos secundarios.

 

Aunque los inductores pueden promover la secreción intencionada de ciertos productos secundarios por las células vegetales para satisfacer el valor medicinal requerido por los seres humanos, los productos secundarios generados también pueden causar daños al crecimiento y desarrollo de las propias células vegetales, reduciendo la biomasa total de las células vegetales. Mao et al. realizaron experimentos ortogonales utilizando inductores de diferentes concentraciones, y encontraron que las diferentes concentraciones de MeJA y extracto de levadura tienen diferentes efectos fisiológicos sobre el crecimiento del tejido de callo de cinabrio; Además, Miao et al. utilizaron HPLC para determinar el contenido de cumarina en el experimento, y los resultados mostraron que SA y MeJA tenían un cierto efecto promotor sobre el crecimiento de tejido de callo y cumarina en Panax ginseng; Wang et al. señalaron en su experimento que MeJA en concentraciones de 50-100 μ mol/L promueve la acumulación de flavonoides en células en suspensión de Ginkgo biloba, mientras que las concentraciones de 150-200 μ mol/L inhiben su síntesis. El MeJA y SA inductores utilizados en este experimento tanto tuvo un impacto en la biomasa de tejido de callo de ginseng americano y obstaculizado su crecimiento. Esto puede deberse a que altas concentraciones de inductores pueden desencadenar diversas respuestas de estrés en las plantas, haciendo que el sistema de membrana celular se expanda, contraiga o rompa, alterando la estructura normal de las células e inhibiendo el crecimiento de los tejidos vegetales.

Cuando las células vegetales cultivadas en condiciones normales son estimuladas por inductores exógenos, los niveles de especies reactivas del oxígeno en el interior de las células mostrarán diversos grados de desequilibrio. Las células vegetales activan su propio sistema enzimático antioxidante, utilizando la coordinación coordinada de enzimas como SOD, CAT y POD para eliminar el exceso de radicales libres en el organismo, protegiendo así a la planta de daños en entornos adversos. El MDA, como producto de la peroxidación de los lípidos de la membrana celular, puede reflejar indirectamente el grado de daño del sistema de membrana celular de la planta y la resistencia de la planta al estrés. Li et al. encontraron que SA y MeJA tienen un efecto promotor sobre las actividades de SOD, POD, CAT, el contenido de MDA, y la acumulación de siringol III y 3,6 '- sinapirilsucrosa. Taimoor et al. encontraron que las actividades de POD y SOD en el tejido del callo del alforfón mostraron una tendencia de primero aumentar y luego disminuir con la prolongación del tiempo de tratamiento con SA, con la mayor actividad en la semana 7. Marziyeh et al. encontraron que las concentraciones 4% y 6% de polietilenglicol incrementaron significativamente el contenido de MDA en el tejido del callo de Taxus chinensis, pero las concentraciones 1%, 2%, 3%, y 5% de polietilenglicol no tuvieron efecto en el contenido de MDA. En este estudio, se encontró que ambos tipos de inductores pueden activar significativamente las actividades de las enzimas antioxidantes SOD, CAT, POD, y el contenido de MDA en el tejido del callo del ginseng americano a concentraciones apropiadas. Más allá del rango de concentración, las actividades enzimáticas relacionadas fueron inferiores a las del grupo de control. Esto puede deberse a que los inductores tienen un cierto límite en la actividad de las enzimas antioxidantes. Si se sobrepasa el límite, la actividad enzimática se reducirá considerablemente, lo que dará lugar a una gran acumulación de especies reactivas del oxígeno en las células, que perjudicará el crecimiento normal de las células vegetales.

Numerosos estudios han demostrado que diferentes inductores y concentraciones presentan diferencias significativas en sus efectos sobre el mismo material vegetal. Por ejemplo, la adición de acetato de sodio, SA y Cu2+ puede aumentar eficazmente la producción de raíces adventicias de Bupleurum chinense y el contenido de saikosaponina en diversos grados; las concentraciones bajas del elemento de tierras raras Ce3+ pueden aumentar la producción de flavonoides en células en suspensión de Ginkgo biloba, pero las dosis altas de Ce3+ pueden provocar la muerte celular. La concentración óptima de metabolitos secundarios inducidos por inductores varía dentro de la misma planta. Qi et al. descubrieron que las concentraciones óptimas de MeJA, SA y extracto de levadura añadidas al cultivo de raíz vellosa de Gynostemma pentaphyllum aumentaban el crecimiento y el contenido total de saponina de las raíces vellosas en diferentes grados. En este experimento, se encontró que ambos tipos de inductores pueden promover significativamente la acumulación de ginsenósidos en el tejido calloso del ginseng americano. Las concentraciones óptimas de MeJA y SA inducida ginsenósidos fueron 100 y 200 μ mol / L, respectivamente, que fueron 4,23 y 2,49 veces mayor que el grupo control. Además, se encontró que diferentes inductores y concentraciones afectan a la síntesis de saponinas monoméricas en el tejido de callo de ginseng americano, con variaciones significativas en los efectos sobre las saponinas monoméricas Rg1, Re, Rb1, Rd, Rc, y Rb2. A partir de esto, se puede concluir que en el tejido de callo de ginseng americano, el efecto de inducción es MeJA>SA. En el cultivo de tejidos de ginseng americano, el extracto de levadura, SA, nitrato de plata, cloruro de calcio, MeJA, y el inductor de hongos pueden aumentar el contenido de ginsenósidos, lo cual es consistente con nuestros resultados. Este resultado puede ser causado por una combinación de múltiples factores, que pueden estar relacionados con los tipos y cantidades de receptores para diferentes inductores. Aunque las bajas concentraciones de inductores causan menos daño a las células, es posible que sólo induzcan parcialmente las células de la planta, lo que resulta en niveles más bajos de metabolitos secundarios; También puede estar relacionado con los diferentes niveles de citoquininas endógenas en el callo de ginseng americano, lo que resulta en múltiples vías sintéticas y pasos de reacción implicados en metabolitos secundarios en la planta, y diferentes inductores que participan en diferentes vías sintéticas. Por lo tanto, es particularmente importante seleccionar los inductores apropiados y la concentración óptima para promover el crecimiento del callo de ginseng americano y la acumulación de ginsenósidos.

Los metabolitos secundarios son el resultado de la adaptación de las plantas al entorno ecológico durante su evolución a largo plazo, y tienen una gran importancia en las actividades vitales de las plantas. También son una fuente importante de muchos compuestos, como fármacos, tintes y fragancias. Los inductores son una de las herramientas biotecnológicas más eficaces y utilizadas en el cultivo de tejidos vegetales para inducir nuevos metabolitos secundarios o potenciar la biosíntesis y acumulación de metabolitos secundarios. Este experimento investigó los efectos de los inductores MeJA y SA en el crecimiento, la actividad enzimática y el contenido de ginsenósidos del tejido de callo de ginseng americano. Los resultados mostraron que la adición de concentraciones apropiadas de MeJA y SA al tejido de callo de ginseng americano podría activar significativamente la actividad enzimática y aumentar el contenido de compuestos ginsenósidos. Aunque MeJA inhibió el crecimiento, el contenido total de saponina y el rendimiento en el tejido de callo alcanzaron sus valores máximos a una concentración de MeJA de 100 μ mol/L. El contenido de ginsenósidos Rg1, Re, Rb1, y Rc fue el más alto, lo que indica que MeJA tuvo el mejor efecto en la inducción de ginsenósidos totales. Este artículo proporciona una base para el uso de inductores para promover la síntesis de ingredientes activos en el ginseng americano. Sin embargo, el mecanismo por el cual los inductores regulan la acumulación de ginsenósidos en el callo de ginseng americano y la forma de utilizar más eficazmente los inductores sinérgicamente para mejorar la calidad del callo de ginseng americano son cuestiones que deben abordarse en experimentos posteriores.