Les effets du jasmonate de méthyle et de l'acide salicylique sur la croissance des tissus de cals et la formation de saponines chez Panax quinquefolius L. est une plante herbacée vivace de la famille des Araliaceae. Ses principaux ingrédients actifs sont les ginsénosides et les composés de saponine, et c'est l'une des herbes chinoises les plus utilisées dans le monde. Selon la recherche moderne, il a des effets significatifs sur la réduction des lipides sanguins, l'amélioration de l'ischémie myocardique et la prévention du cancer, et il a une valeur médicale et commerciale extrêmement élevée. À l'heure actuelle, la production chinoise de ginseng américain dépend depuis longtemps des importations et se heurte à la rareté des ressources sauvages, à des coûts de production élevés et à des cycles de croissance longs. En particulier, la teneur en saponines rares du ginseng américain est extrêmement faible, ce qui ne permet pas de répondre aux besoins des applications cliniques. En utilisant la technologie de culture cellulaire des plantes médicinales, sans être limité par le temps, la région et la période de croissance du matériel, une grande quantité de biomasse de ginseng américain et de métabolites secondaires cibles peut être obtenue dans un laps de temps relativement court. Il convient de noter que le système établi de culture de cals de ginseng américain présente toujours le problème d'une faible production de ginsénosides, ce qui affecte le développement rapide de l'industrie du ginseng américain.

Avec le développement continu et l'application généralisée des inducteurs, l'utilisation des inducteurs comme signal spécifique pour induire l'expression de gènes cibles dans les cellules, régulant ainsi la synthèse de métabolites secondaires dans les cellules végétales, est devenue un sujet d'actualité. Par conséquent, l'étude de l'utilisation d'inducteurs pour promouvoir l'accumulation de métabolites secondaires dans la culture de tissus végétaux est devenue particulièrement importante. Le jasmonate de méthyle (MeJA) et l'acide salicylique (SA) sont des inducteurs couramment utilisés qui favorisent la synthèse de divers métabolites. Ils ont été utilisés avec succès dans l'induction de métabolites secondaires dans diverses plantes médicinales telles que Tripterygium wilfordii, le carthame, Scutellaria baicalensis et Salvia miltiorrhiza. Actuellement, il existe peu de rapports sur l'utilisation de MeJA et de SA pour augmenter la teneur en saponines dans les tissus de cals de ginseng américain. Par conséquent, cette expérience a utilisé le tissu de cals de ginseng américain comme matériel pour étudier les effets du traitement au MeJA et au SA sur la croissance, l'activité enzymatique connexe et la teneur en ginsénosides du principal composant chimique du tissu de cals de ginseng américain, fournissant ainsi une base théorique pour la culture du tissu de cals de ginseng américain et la production de métabolites secondaires.

 

Bien que les inducteurs puissent favoriser la sécrétion délibérée de certains produits secondaires par les cellules végétales pour répondre à la valeur médicinale requise par l'homme, les produits secondaires générés peuvent également nuire à la croissance et au développement des cellules végétales elles-mêmes, réduisant ainsi la biomasse totale des cellules végétales. Mao et al. ont mené des expériences orthogonales en utilisant des inducteurs de différentes concentrations et ont constaté que différentes concentrations de MeJA et d'extrait de levure ont des effets physiologiques différents sur la croissance des tissus de cals de cinabre ; en outre, Miao et al. ont utilisé la CLHP pour déterminer la teneur en coumarine dans l'expérience, et les résultats ont montré que SA et MeJA avaient un certain effet de promotion sur la croissance du tissu de cal et de la coumarine dans le Panax ginseng ; Wang et al. ont souligné dans leur expérience que MeJA à des concentrations de 50-100 μ mol/L favorise l'accumulation de flavonoïdes dans les cellules de suspension de Ginkgo biloba, tandis que les concentrations de 150-200 μ mol/L inhibent leur synthèse. Les inducteurs MeJA et SA utilisés dans cette expérience ont tous deux eu un impact sur la biomasse des tissus de cals de ginseng américain et ont entravé leur croissance. Cela peut s'expliquer par le fait que des concentrations élevées d'inducteurs peuvent déclencher diverses réactions de stress chez les plantes, provoquant l'expansion, la contraction ou la rupture du système membranaire cellulaire, perturbant la structure normale des cellules et inhibant la croissance des tissus végétaux.

Lorsque des cellules végétales cultivées dans des conditions normales sont stimulées par des inducteurs exogènes, les niveaux d'espèces réactives de l'oxygène à l'intérieur des cellules présentent divers degrés de déséquilibre. Les cellules végétales activent leur propre système enzymatique antioxydant, utilisant la coordination d'enzymes telles que la SOD, la CAT et la POD pour éliminer l'excès de radicaux libres dans le corps, protégeant ainsi la plante des dommages causés par des environnements défavorables. Le MDA, en tant que produit de la peroxydation des lipides de la membrane cellulaire, peut indirectement refléter le degré d'endommagement du système de membrane cellulaire de la plante et la résistance de la plante au stress. Li et al. ont constaté que l'AS et le MeJA ont un effet favorable sur les activités de la SOD, de la POD, de la CAT, sur la teneur en MDA et sur l'accumulation de syringol III et de 3,6'- sinapyrylsucrose. Taimoor et al. ont constaté que les activités de la POD et de la SOD dans les tissus des cals de sarrasin montraient une tendance à l'augmentation puis à la diminution avec la prolongation de la durée du traitement à l'AS, l'activité la plus élevée étant observée à la semaine 7. Marziyeh et al. ont constaté que les concentrations de 4% et 6% de polyéthylène glycol augmentaient significativement la teneur en MDA dans les tissus de cals de Taxus chinensis, mais que les concentrations de 1%, 2%, 3% et 5% de polyéthylène glycol n'avaient pas d'effet sur la teneur en MDA. Cette étude a montré que les deux types d'inducteurs peuvent activer de manière significative les activités des enzymes antioxydantes SOD, CAT, POD et la teneur en MDA dans le tissu du cal du ginseng américain à des concentrations appropriées. Au-delà de la gamme de concentrations, les activités enzymatiques correspondantes étaient inférieures à celles du groupe témoin. Cela peut s'expliquer par le fait que les inducteurs ont une certaine limite sur l'activité des enzymes antioxydantes. Si la limite est dépassée, l'activité enzymatique sera fortement réduite, ce qui entraînera une accumulation importante d'espèces réactives de l'oxygène dans les cellules, ce qui nuira à la croissance normale des cellules végétales.

De nombreuses études ont montré que différents inducteurs et concentrations ont des effets très différents sur le même matériel végétal. Par exemple, l'ajout d'acétate de sodium, de SA et de Cu2+ peut augmenter efficacement le rendement des racines adventives de Bupleurum chinense et la teneur en saikosaponine à des degrés divers ; de faibles concentrations de l'élément de terre rare Ce3+ peuvent augmenter la production de flavonoïdes dans les cellules en suspension de Ginkgo biloba, mais de fortes doses de Ce3+ peuvent entraîner la mort des cellules. La concentration optimale de métabolites secondaires induits par les inducteurs varie au sein d'une même plante. Qi et al. ont constaté que les concentrations optimales de MeJA, de SA et d'extrait de levure ajoutées à la culture de racines chevelues de Gynostemma pentaphyllum augmentaient la croissance et la teneur totale en saponine des racines chevelues à des degrés divers. Dans cette expérience, il a été constaté que les deux types d'inducteurs peuvent promouvoir de manière significative l'accumulation de ginsénosides dans le tissu du cal du ginseng américain. Les concentrations optimales de MeJA et de SA induisant des ginsénosides étaient respectivement de 100 et 200 μ mol/L, soit 4,23 et 2,49 fois plus élevées que le groupe témoin. En outre, il a été constaté que différents inducteurs et concentrations affectent la synthèse des saponines monomères dans le tissu du cal de ginseng américain, avec des variations significatives dans les effets sur les saponines monomères Rg1, Re, Rb1, Rd, Rc et Rb2. On peut en conclure que, dans le tissu du cal de ginseng américain, l'effet d'induction est MeJA>SA. Dans la culture de tissus de ginseng américain, l'extrait de levure, l'AS, le nitrate d'argent, le chlorure de calcium, le MeJA et l'inducteur fongique peuvent tous augmenter la teneur en ginsénosides, ce qui est cohérent avec nos résultats. Ce résultat peut être causé par une combinaison de facteurs multiples, qui peuvent être liés aux types et aux quantités de récepteurs pour les différents inducteurs. Bien que de faibles concentrations d'inducteurs causent moins de dommages aux cellules, elles peuvent n'induire que partiellement les cellules de la plante, ce qui entraîne des niveaux inférieurs de métabolites secondaires. Cela peut également être lié aux différents niveaux de cytokinines endogènes dans le cal du ginseng américain, ce qui entraîne de multiples voies de synthèse et étapes de réaction impliquées dans les métabolites secondaires dans la plante, et différents inducteurs participant à différentes voies de synthèse. Par conséquent, il est particulièrement important de sélectionner les inducteurs appropriés et la concentration optimale pour promouvoir la croissance des cals de ginseng américain et l'accumulation de ginsénosides.

Les métabolites secondaires sont le résultat de l'adaptation des plantes à l'environnement écologique au cours de l'évolution à long terme, et ont une grande importance dans les activités de la vie végétale. Ils constituent également une source importante de nombreux composés tels que les médicaments, les colorants et les parfums. Les inducteurs sont l'un des outils biotechnologiques les plus efficaces et les plus largement utilisés dans la culture de tissus végétaux pour induire de nouveaux métabolites secondaires ou améliorer la biosynthèse et l'accumulation de métabolites secondaires. Cette expérience a étudié les effets des inducteurs MeJA et SA sur la croissance, l'activité enzymatique et la teneur en ginsénosides des tissus de cals de ginseng américain. Les résultats ont montré que l'ajout de concentrations appropriées de MeJA et de SA aux tissus de cals de ginseng américain pouvait activer de manière significative l'activité enzymatique et augmenter la teneur en composés ginsénosides. Bien que le MeJA ait inhibé la croissance, la teneur en saponine totale et le rendement dans le tissu de cal ont atteint leurs valeurs maximales à une concentration de MeJA de 100 μ mol/L. La teneur en ginsénosides Rg1, Re, Rb1 et Rc était la plus élevée, ce qui indique que le MeJA avait le meilleur effet sur l'induction des ginsénosides totaux. Cet article fournit une base pour l'utilisation d'inducteurs afin de promouvoir la synthèse de principes actifs dans le ginseng américain. Cependant, le mécanisme par lequel les inducteurs régulent l'accumulation de ginsénosides dans le cal de ginseng américain et la manière d'utiliser plus efficacement les inducteurs en synergie pour améliorer la qualité du cal de ginseng américain sont des questions qui doivent être abordées dans des expériences ultérieures.