Метаболомный анализ волосистых корней находящегося под угрозой исчезновения монгольского лекарственного растения Ophiopogon japonicus
Ammopiptanthus mongolicus (Maxim. ex kon) Cheng f, также известный как монгольский остролист, относится к подсемейству Fabaceae и роду Ammopiptanthus. Это единственный суперзасухоустойчивый вид вечнозеленого широколиственного кустарника в пустынных районах Китая, который был внесен государством в первую партию редких и находящихся под угрозой исчезновения охраняемых растений. Ша Дунцин - традиционное этническое лекарственное растение (монгольская медицина) под названием "Мэнхэ Хариганэ". Его ветви и листья можно использовать в качестве лекарственного средства: они рассеивают ветер и сырость, способствуют циркуляции крови, устраняют застой крови и снимают боль. Его также можно использовать для местного лечения обморожений, особенно при лечении ревматоидного артрита, что дает значительный эффект. В его теле содержится большое количество биологически активных веществ, включая алкалоиды, флавоноиды и изофлавоны, органические кислоты, стилбены, стерины и монотерпены и т.д., которые обладают эффектами снижения уровня сахара в крови, противоопухолевыми, противовирусными, бактерицидными, антиоксидантными, инсектицидными и т.д.
Крупномасштабное размножение и культивирование волосистых корней позволяет получить большое количество идеальных лекарственных веществ. До сих пор вторичные метаболиты, полученные в результате культивирования волосистых корней, включали различные вещества, такие как алкалоиды, гликозиды, флавоноиды, хиноны, полисахариды и т.д. Лю и др. создали систему культуры волосистых корней женьшеня, и общее содержание сапонинов в волосистых корнях достигло 2,468%, что почти в два раза превышает содержание их в исходном лекарственном сырье женьшеня. В другом исследовании было обнаружено, что заражение эксплантов солодки штаммами Agrobacterium tumefaciens LBA9402 и R1601 приводит к образованию волосатых корней. Общее количество пяти флавоноидов было в 1,5 раза выше, чем в каллусной ткани, а содержание халькона солодки было в 15,5 раз выше, чем в каллусной ткани. Янг и др. индуцировали культивирование волосистых корней Eucommia ulmoides, и массовая доля вторичного метаболита аукубина была выше, чем в натуральных корнях и коре, достигая 30,105 мг/г. В настоящее время исследования отечественных и зарубежных ученых по падубу монгольскому в основном сосредоточены на его наземных лекарственных частях, химических компонентах и фармакологической активности в семенах, и не было сообщений о метаболическом накоплении в тканях волосистых корней. В данном исследовании была выбрана волосистая корневая система падуба монгольского с хорошим ростом и проведено сравнение с его естественными корнями. Экспериментальная методика UHPLC-QTOF-MS была использована для проведения нецелевого метаболомного анализа образцов, и было получено предварительное представление о дифференцированном накоплении метаболитов и метаболических путях в тканях волосистого корня. Это обеспечивает теоретическую основу для накопления и анализа путей метаболитов в волосистых корнях падуба монгольского, а также служит ориентиром для производства активных метаболитов в падубе монгольском через путь волосистых корней на более поздней стадии.

 

В данном исследовании использовалась технология UHPLC-Q-TOF-MS для проведения метаболомического анализа волосистых корней и натуральных корней падуба монгольского. 1706 и 1639 дифференциально экспрессированных метаболитов были проанализированы в режимах положительных и отрицательных ионов, соответственно. Из них 1455 и 1095 метаболитов были повышены. Различия в метаболитах между двумя видами заключаются в основном в метаболизме аминокислот и путях биосинтеза вторичных метаболитов. Среди путей биосинтеза вторичных метаболитов 11 метаболических путей, включая биосинтез флавоноидов/флавоноидов, биосинтез алкалоидов, биосинтез β-лактамов и биосинтез глюкозинолатов. Путь биосинтеза флавоноидов/флавоноидов включает наибольшее количество дифференцированных метаболитов, на долю которых приходится 34%, из которых 88,2% демонстрируют апрегуляцию. Флавоноиды - это класс 2-фенилхроменовых соединений, которые в соответствии со своим скелетом можно разделить на халконы, флаваноны, флавоноиды, флавонолы, изофлавоны, антоцианы и пигменты розового дерева. Гликозилирование, малонилирование, гидроксилирование, изопентенилирование, модификации ацетилирования и реакции полимеризации в конечном итоге приводят к разнообразию этого семейства соединений. Эти химические модификации оказывают важное влияние на растворимость, подвижность и распадаемость флавоноидов. Разнообразие структуры и молекулярных свойств флавоноидов позволяет им взаимодействовать с различными субклеточными мишенями, тем самым влияя на биологическую активность растений, микроорганизмов и животных. Они являются одним из важных носителей для выполнения растениями своих химических экологических функций. Исследования показали, что флавоноиды, выделенные из семян падуба монгольского, обладают различной биологической активностью и хорошим иммуноукрепляющим действием. Они оказывают значительное стимулирующее воздействие на пролиферацию иммуноактивных клеток, выработку и высвобождение соответствующих иммунных цитокинов и антител у мышей. Основным активным компонентом общего количества флавоноидов в семенах падуба монгольского является мангиферин, на долю которого приходится 52,48% общего содержания флавоноидов. По результатам анализа данного исследования можно сделать предварительный вывод о том, что волосистые корни падуба монгольского обладают высокой способностью синтезировать и накапливать флавоноиды/флавоноидные вещества. Это совпадает с результатами исследований ученых о функциональных компонентах падуба монгольского, что указывает на потенциальную ценность его волосистой корневой ткани для развития. На основе этого метаболомического анализа в будущем необходимо провести целевой метаболомический анализ пути биосинтеза флавоноидов/флавоноидов, а также сопутствующие исследования, такие как выделение химических компонентов, экстракция и идентификация активности тканей волосистых корней, для того, чтобы определить, могут ли волосистые корни падуба монгольского использоваться в качестве тканей для производства активных метаболитов падуба монгольского лекарственного.