Анализ различий в антиоксидантных активных компонентах в каллусных тканях ягод годжи на основе технологии метаболомики
Lycium barbarum L., растение семейства Solanaceae и рода Lycium, является традиционным китайским лекарственным растением, включенным в Фармакопею Китайской Народной Республики издания 2020 года (далее - "Китайская фармакопея"). Благодаря высокому содержанию активных веществ, таких как полифенолы и алкалоиды, растение обладает хорошим антибактериальным и противовоспалительным действием, а также высокой съедобной и лекарственной ценностью. Он был включен в первую партию гомологичных каталогов лекарственных продуктов питания Китайского управления по контролю за продуктами и лекарствами и пользуется большим спросом на внутреннем и внешнем рынках медицинских товаров. Из-за влияния метеорологических факторов, таких как температура и влажность, на качество ягод годжи, Нинся, Цинхай и другие провинции всегда были основными районами производства ягод годжи. Однако традиционное сельскохозяйственное производство по-прежнему сталкивается с такими серьезными проблемами, как длительные циклы роста и сложное ручное регулирование. Технология культуры растительных тканей позволяет решить эту проблему.
Культура растительных тканей - это метод регенерации или трансформации изолированных органов, клеток и т.д. в полноценные растения на подходящих культуральных средах в стерильных и искусственно контролируемых условиях. Каллусная ткань - это тонкостенные клетки в аморфном состоянии, которые легко индуцируются из изолированных органов растений. В соответствии с плюрипотентностью растительных клеток, каллусная ткань волчьей ягоды имеет ту же генетическую информацию, что и природные растения волчьей ягоды, а ее химический состав и биологическая активность также будут иметь высокую степень сходства. По сравнению с традиционным сельскохозяйственным культивированием, условия выращивания каллусной ткани ягод годжи с помощью технологии культуры растительной ткани более контролируемы, а цикл роста каллусной ткани короче, чем у искусственно высаженных ягод годжи. Таким образом, выращивание каллусной ткани ягод годжи с помощью культуры растительной ткани расширяет доступ к ресурсам ягод годжи и способствует удовлетворению растущего спроса на рынке ягод годжи. Метаболомика - это наука, изучающая типы, количество и изменения метаболитов с молекулярной массой менее 1500 Da в живых организмах. Она широко используется для анализа состава лекарственных и съедобных природных растений, таких как астрагал перепончатый и женьшень. Однако в настоящее время анализ компонентов ягод годжи все еще ограничен плодами, цветами, листьями и т.д., выращенными в естественных условиях.
В данном исследовании была создана стабильная система каллусной культуры ягод годжи из семян ягод годжи, проведено сравнение антиоксидантной активности каллусных тканей, индуцированных различными комбинациями регуляторов роста растений, а также метаболомический анализ состава и метаболических путей каллусных тканей. В ходе исследования были изучены источники антиоксидантных метаболитов в каллусных тканях ягод годжи, что послужит основой для углубленного развития и разностороннего применения ресурсов ягод годжи.

Была создана стабильная система каллусной культуры ягод годжи с использованием сегментов стебля, полученных из стерильных проростков семян ягод годжи, в качестве эксплантов для индуцирования каллусной ткани, и получена каллусная ткань ягод годжи NB с высокой антиоксидантной активностью. С помощью нецелевого метаболомического анализа было установлено, что вещественный состав и различия метаболических путей каллусной ткани ягод годжи содержат 752 соединения, которые сходны по активным веществам с природными растениями и обладают лучшей антиоксидантной активностью, чем природные растения. По сравнению с DK, в NB наблюдались значительные различия в 55 метаболитах, среди которых 22 метаболита были повышены, включая вторичные метаболиты, такие как бетаин с хорошей антиоксидантной активностью. Кроме того, содержание лактозы и лактулозы в NB в 11 раз выше, чем в DK. Эти сахара, как первичные метаболиты, могут быть преобразованы в моносахариды путем гликозидазного гидролиза, а важные предшественники антиоксидантов, такие как глутамин, могут быть получены путем глюконеогенеза, косвенно способствуя образованию вторичных метаболитов и повышая антиоксидантную способность каллусной ткани годжи. Результаты KEGG показали, что значительно отличающиеся метаболиты были включены в 20 метаболических путей, в основном через ABC-транспортеры, метаболизм глицерофосфолипидов, биосинтез аминоацил-тРНК и биосинтез аминокислот, прямо или косвенно регулирующих рост и синтез метаболитов в каллусной ткани ягод годжи.

Среди 55 обнаруженных дифференциальных метаболитов широко изучены бетаин и органические кислоты, в то время как вторичные метаболиты, такие как берберин, изучались редко. Эпиберберин хорошо влияет на снижение накопления липидов и очень полезен для здоровья человека. В настоящее время, контролируя внешние условия для направленной индукции метаболитов в каллусной ткани, можно обогащать специфические метаболиты и получать безопасные и надежные природные активные вещества растительного происхождения с помощью методов разделения и очистки. Ханам и др. увеличили выход мятного масла путем добавления регуляторов роста растений с различной химической структурой, что свидетельствует о возможности регулирования вторичных метаболитов в растениях. Ожидается, что культура растительных тканей станет важным способом получения ресурсов годжи, обеспечивая основу для развития ресурсов годжи, особенно для промышленного производства вторичных метаболитов.