A metil-jázmonát és a szalicilsav hatása a kalluszszövet növekedésére és a szaponinképződésre a Panax quinquefolius L. az Araliaceae családba tartozó évelő lágyszárú növényben. Fő hatóanyagai a ginzenozidok és a szaponinvegyületek, és az egyik leggyakrabban használt kínai gyógynövény a világon. A modern kutatások szerint jelentős hatása van a vérzsírok csökkentésében, a szívizom iszkémiájának javításában és a rák megelőzésében, és rendkívül magas orvosi és kereskedelmi értékkel bír. Jelenleg a kínai amerikai ginzeng régóta importra támaszkodik, és a vadon termő erőforrások szűkössége, a magas termelési költségek és a hosszú növekedési ciklusok jellemzik. Különösen az amerikai ginzeng ritka szaponin tartalma rendkívül alacsony, ami megnehezíti a klinikai alkalmazási igények kielégítését. A gyógynövény-sejtkultúra technológia alkalmazásával, az idő, a régió és az anyag növekedési periódusának korlátozása nélkül, viszonylag rövid idő alatt nagy mennyiségű amerikai ginseng biomassza és célzott másodlagos anyagcseretermékek nyerhetők. Érdemes megjegyezni, hogy a bevált amerikai ginzeng kallusztenyésztési rendszer még mindig az alacsony ginzenozid-termelés problémájával küzd, ami befolyásolja az amerikai ginzengipar gyors fejlődését.

Az induktorok folyamatos fejlődésével és széles körű alkalmazásával az induktorok specifikus jelként való felhasználása a célgének sejtekben történő kifejeződésének indukálására, ezáltal a másodlagos metabolitok szintézisének szabályozására vált aktuális témává a növényi sejtekben. Ezért különösen fontossá vált az induktorok használatának vizsgálata a másodlagos metabolitok felhalmozódásának elősegítésére a növényi szövetkultúrákban. A metil-jázmonát (MeJA) és a szalicilsav (SA) általánosan használt induktorok, amelyek elősegítik a különböző metabolitok szintézisét. Sikeresen alkalmazták őket a másodlagos metabolitok indukciójára különböző gyógynövényekben, mint például a Tripterygium wilfordii, a sáfrány, a Scutellaria baicalensis és a Salvia miltiorrhiza. Jelenleg kevés jelentés szól a MeJA és SA alkalmazásáról az amerikai ginzeng kalluszszövet szaponin tartalmának növelésére. Ezért ez a kísérlet az amerikai ginzeng kalluszszövetet használta anyagként, hogy tanulmányozza a MeJA és SA kezelés hatását az amerikai ginzeng kalluszszövet növekedésére, a kapcsolódó enzimaktivitásra és a fő kémiai komponens ginzenozid tartalmára, elméleti alapot nyújtva az amerikai ginzeng kalluszszövet termesztéséhez és a másodlagos metabolitok előállításához.

 

Bár az induktorok elősegíthetik bizonyos másodlagos termékek célzott kiválasztását a növényi sejtekből az emberek által igényelt gyógyászati érték kielégítése érdekében, a keletkező másodlagos termékek károsíthatják maguknak a növényi sejteknek a növekedését és fejlődését is, csökkentve a növényi sejtek teljes biomasszáját. Mao és munkatársai ortogonális kísérleteket végeztek különböző koncentrációjú induktorokkal, és megállapították, hogy a MeJA és az élesztőkivonat különböző koncentrációi különböző fiziológiai hatással vannak a cinóber kalluszszövet növekedésére; Ezenkívül Miao és munkatársai. HPLC-t használt a kísérletben a kumarin-tartalom meghatározására, és az eredmények azt mutatták, hogy az SA és a MeJA bizonyos fokú elősegítő hatással volt a kalluszszövet növekedésére és a kumarinra a Panax ginsengben; Wang és munkatársai kísérletükben rámutattak, hogy a MeJA 50-100 μ mol/l koncentrációban elősegíti a flavonoidok felhalmozódását a Ginkgo biloba szuszpenziós sejtekben, míg a 150-200 μ mol/l koncentráció gátolja azok szintézisét. Az ebben a kísérletben használt MeJA és SA induktorok egyaránt hatással voltak az amerikai ginseng kalluszszövet biomasszájára és gátolták annak növekedését. Ennek oka az lehet, hogy az induktorok magas koncentrációi különböző stresszreakciókat válthatnak ki a növényekben, amelyek hatására a sejtmembrán-rendszer kitágul, összehúzódik vagy megszakad, megzavarva a sejtek normális szerkezetét és gátolva a növényi szövetek növekedését.

Amikor a normális körülmények között termesztett növényi sejteket exogén induktorokkal stimulálják, a sejtekben lévő reaktív oxigénfajok szintje különböző mértékű egyensúlyhiányt mutat. A növényi sejtek aktiválják saját antioxidáns enzimrendszerüket, felhasználva az olyan enzimek, mint a SOD, CAT és POD összehangolt koordinációját a felesleges szabad gyökök eltávolítására, ezáltal védve a növényt a károsodástól a kedvezőtlen környezetben. Az MDA, mint a sejtmembrán-lipidek peroxidációjának terméke, közvetve tükrözheti a növényi sejtmembrán-rendszer károsodásának mértékét és a növény stresszel szembeni ellenálló képességét. Li és munkatársai megállapították, hogy az SA és a MeJA elősegítő hatással van a SOD, a POD, a CAT aktivitására, az MDA-tartalomra, valamint a sziringol III és a 3,6'-szinapirilszukróz felhalmozódására. Taimoor és munkatársai megállapították, hogy a POD és a SOD aktivitása a hajdina kalluszszövetében először növekvő, majd csökkenő tendenciát mutatott az SA kezelés időtartamának meghosszabbításával, a legmagasabb aktivitással a 7. héten. Marziyeh és munkatársai megállapították, hogy a 4% és 6% polietilénglikol-koncentráció jelentősen növelte az MDA-tartalmat a Taxus chinensis kalluszszövetében, de a 1%, 2%, 3% és 5% polietilénglikol-koncentráció nem volt hatással az MDA-tartalomra. Ebben a vizsgálatban azt találtuk, hogy mindkét típusú induktor jelentősen aktiválhatja az antioxidáns enzimek SOD, CAT, POD aktivitását és az MDA-tartalmat az amerikai ginseng kalluszszövetében megfelelő koncentrációban. A koncentrációtartományon túl a kapcsolódó enzimaktivitások alacsonyabbak voltak, mint a kontrollcsoportban. Ennek oka lehet, hogy az induktorok bizonyos határértéket szabnak az antioxidáns enzimek aktivitásának. Ha a határértéket túllépik, az enzimaktivitás nagymértékben csökken, ami a reaktív oxigénfajok nagymértékű felhalmozódását eredményezi a sejtekben, ami károsítja a növényi sejtek normális növekedését.

Számos tanulmány kimutatta, hogy a különböző induktorok és koncentrációk jelentős különbségeket mutatnak ugyanazon növényi anyagra gyakorolt hatásukban. Például nátrium-acetát, SA és Cu2+ hozzáadása hatékonyan növelheti a Bupleurum chinense adventív gyökereinek hozamát és a saikosaponin tartalmát különböző mértékben; a ritkaföldfém elem Ce3+ alacsony koncentrációja növelheti a flavonoidok termelését a Ginkgo biloba szuszpenziós sejtjeiben, de a Ce3+ nagy dózisai a sejtek elhalásához vezethetnek. Az induktorok által kiváltott másodlagos metabolitok optimális koncentrációja ugyanazon növényen belül is változik. Qi és munkatársai megállapították, hogy a Gynostemma pentaphyllum szőrös gyökérkultúrájához adott MeJA, SA és élesztőkivonat optimális koncentrációja különböző mértékben növelte a szőrös gyökerek növekedését és teljes szaponin tartalmát. Ebben a kísérletben megállapították, hogy mindkét típusú induktor jelentősen elősegítheti a ginzenozidok felhalmozódását az amerikai ginzeng kalluszszövetében. A MeJA és az SA által indukált ginzenozidok optimális koncentrációja 100 és 200 μ mol/l volt, ami 4,23 és 2,49-szerese volt a kontrollcsoporténak. Ezenkívül megállapították, hogy a különböző induktorok és koncentrációk befolyásolják a monomer szaponinok szintézisét az amerikai ginzeng kalluszszövetében, az Rg1, Re, Rb1, Rd, Rc és Rb2 monomer szaponinokra gyakorolt hatások jelentős eltérésekkel. Ebből arra lehet következtetni, hogy az amerikai ginseng kalluszszövetében az indukciós hatás MeJA>SA. Az amerikai ginzeng szövettenyészetében az élesztőkivonat, az SA, az ezüst-nitrát, a kalcium-klorid, a MeJA és a gombainduktor mind növelhetik a ginzenozidok tartalmát, ami összhangban van az eredményeinkkel. Ezt az eredményt több tényező kombinációja okozhatja, ami összefüggésben lehet a különböző induktorok receptorainak típusával és mennyiségével. Bár az induktorok alacsony koncentrációi kevesebb sejtkárosodást okoznak, előfordulhat, hogy csak részben indukálják a növényi sejteket, ami a másodlagos metabolitok alacsonyabb szintjét eredményezi; Ez összefügghet az endogén citokininek különböző szintjeivel is az amerikai ginzeng kalluszában, ami a növényben a másodlagos metabolitokban részt vevő többféle szintetikus útvonalat és reakciólépést eredményez, és a különböző induktorok különböző szintetikus útvonalakban vesznek részt. Ezért különösen fontos a megfelelő induktorok és az optimális koncentráció kiválasztása az amerikai ginzeng kallusz növekedésének és a ginzenozidok felhalmozódásának elősegítése érdekében.

A másodlagos metabolitok a növények hosszú távú evolúció során az ökológiai környezethez való alkalmazkodásának eredményei, és fontos szerepet játszanak a növényi élettevékenységekben. Számos vegyület, például gyógyszerek, színezékek és illatanyagok fontos forrása is. Az induktorok az egyik leghatékonyabb és legszélesebb körben használt biotechnológiai eszköz a növényi szövettenyészetben új másodlagos metabolitok indukálására vagy a másodlagos metabolitok bioszintézisének és felhalmozódásának fokozására. Ez a kísérlet a MeJA és SA induktorok hatását vizsgálta az amerikai ginzeng kalluszszövet növekedésére, enzimaktivitására és ginzenozidtartalmára. Az eredmények azt mutatták, hogy a MeJA és SA megfelelő koncentrációban történő hozzáadása az amerikai ginzeng kalluszszövethez jelentősen aktiválja az enzimaktivitást és növeli a ginzenozid vegyületek tartalmát. Bár a MeJA gátolta a növekedést, a kalluszszövet teljes szaponin-tartalma és hozama 100 μ mol/l MeJA-koncentráció mellett érte el maximális értékét. A ginzenozidok Rg1, Re, Rb1 és Rc tartalma volt a legmagasabb, ami azt jelzi, hogy a MeJA a legjobb hatással volt az összes ginzenozidok indukálására. Ez a cikk megalapozza az induktorok használatát az amerikai ginzengben lévő hatóanyagok szintézisének elősegítésére. Azonban az a mechanizmus, amellyel az induktorok szabályozzák a ginzenozidok felhalmozódását az amerikai ginzeng kalluszban, valamint az, hogy hogyan lehet az induktorokat hatékonyabban, szinergikusan felhasználni az amerikai ginzeng kallusz minőségének javítása érdekében, olyan kérdések, amelyekkel a későbbi kísérletekben foglalkozni kell.