Metil jasmonat ve salisilik asidin kallus dokusunun büyümesi ve saponin oluşumu üzerindeki etkileri Panax quinquefolius L. Araliaceae familyasında yer alan çok yıllık otsu bir bitkidir. Ana aktif bileşenleri ginsenosidler ve saponin bileşikleridir ve dünyada en yaygın kullanılan Çin bitkilerinden biridir. Modern araştırmalara göre, kan lipitlerini düşürmede, miyokardiyal iskemiyi iyileştirmede ve kanseri önlemede önemli etkileri vardır ve son derece yüksek tıbbi ve ticari değere sahiptir. Şu anda Çin'in Amerikan ginsengi uzun süredir ithalata dayanmaktadır ve yabani kaynakların kıtlığı, yüksek üretim maliyetleri ve uzun büyüme döngüleriyle karşı karşıyadır. Özellikle, Amerikan ginsengindeki nadir saponinlerin içeriği son derece düşüktür ve bu da klinik uygulama ihtiyaçlarını karşılamayı zorlaştırmaktadır. Tıbbi bitki hücre kültürü teknolojisi kullanılarak, zaman, bölge ve materyal büyüme süresi ile sınırlı olmaksızın, nispeten kısa bir süre içinde büyük miktarda Amerikan ginsengi biyokütlesi ve hedef ikincil metabolitler elde edilebilir. Yerleşik Amerikan ginsengi kallus kültürü sisteminin hala Amerikan ginsengi endüstrisinin hızlı gelişimini etkileyen düşük ginsenosit üretimi sorununa sahip olduğunu belirtmek gerekir.

İndükleyicilerin sürekli gelişimi ve yaygın olarak uygulanmasıyla birlikte, hücrelerdeki hedef genlerin ifadesini indüklemek için indükleyicileri spesifik bir sinyal olarak kullanmak ve böylece bitki hücrelerinde ikincil metabolitlerin sentezini düzenlemek sıcak bir konu haline gelmiştir. Bu nedenle, bitki doku kültüründe ikincil metabolitlerin birikimini teşvik etmek için indükleyicilerin kullanılması çalışması özellikle önemli hale gelmiştir. Metil jasmonat (MeJA) ve salisilik asit (SA), çeşitli metabolitlerin sentezini teşvik eden yaygın olarak kullanılan indükleyicilerdir. Tripterygium wilfordii, aspir, Scutellaria baicalensis ve Salvia miltiorrhiza gibi çeşitli tıbbi bitkilerde ikincil metabolitlerin indüksiyonunda başarıyla uygulanmışlardır. Şu anda, Amerikan ginseng kallus dokusunda saponin içeriğini artırmak için MeJA ve SA kullanımına ilişkin çok az rapor bulunmaktadır. Bu nedenle, bu deneyde MeJA ve SA uygulamasının Amerikan ginsengi kallus dokusunun büyümesi, ilgili enzim aktivitesi ve ana kimyasal bileşen ginsenosid içeriği üzerindeki etkilerini incelemek için materyal olarak Amerikan ginsengi kallus dokusu kullanılmış ve Amerikan ginsengi kallus dokusunun yetiştirilmesi ve ikincil metabolitlerin üretimi için teorik temel sağlanmıştır.

 

İndükleyiciler, insanların ihtiyaç duyduğu tıbbi değeri karşılamak için bitki hücreleri tarafından belirli ikincil ürünlerin amaca yönelik olarak salgılanmasını teşvik edebilse de, üretilen ikincil ürünler aynı zamanda bitki hücrelerinin büyümesine ve gelişmesine zarar vererek bitki hücrelerinin toplam biyokütlesini azaltabilir. Mao ve ark. farklı konsantrasyonlarda indükleyiciler kullanarak ortogonal deneyler yapmış ve farklı konsantrasyonlarda MeJA ve maya özütünün cinnabar kallus dokusunun büyümesi üzerinde farklı fizyolojik etkilere sahip olduğunu bulmuştur; Ayrıca, Miao ve ark. deneyde kumarin içeriğini belirlemek için HPLC kullanmış ve sonuçlar SA ve MeJA'nın Panax ginseng'de kallus dokusu ve kumarin büyümesi üzerinde belirli bir teşvik edici etkiye sahip olduğunu göstermiştir; Wang ve ark. deneylerinde 50-100 μ mol/L konsantrasyonlardaki MeJA'nın Ginkgo biloba süspansiyon hücrelerinde flavonoid birikimini teşvik ettiğini, 150-200 μ mol/L konsantrasyonların ise sentezlerini engellediğini belirtmiştir. Bu deneyde kullanılan MeJA ve SA indükleyicilerinin her ikisi de Amerikan ginsengi kallus dokusunun biyokütlesi üzerinde etkili olmuş ve büyümesini engellemiştir. Bunun nedeni, yüksek konsantrasyonlardaki indükleyicilerin bitkilerde çeşitli stres tepkilerini tetikleyerek hücre zarı sisteminin genişlemesine, daralmasına veya kırılmasına neden olarak hücrelerin normal yapısını bozması ve bitki dokularının büyümesini engellemesi olabilir.

Normal koşullar altında yetiştirilen bitki hücreleri eksojen indükleyiciler tarafından uyarıldığında, hücrelerin içindeki reaktif oksijen türlerinin seviyeleri değişen derecelerde dengesizlik gösterecektir. Bitki hücreleri, vücuttaki aşırı serbest radikalleri ortadan kaldırmak için SOD, CAT ve POD gibi enzimlerin koordineli koordinasyonunu kullanarak kendi antioksidan enzim sistemlerini aktive eder, böylece bitkiyi olumsuz ortamlarda hasardan korur. Hücre zarı lipitlerinin peroksidasyonunun bir ürünü olan MDA, dolaylı olarak bitki hücre zarı sistemindeki hasarın derecesini ve bitkinin stres direncini yansıtabilir. Li ve arkadaşları SA ve MeJA'nın SOD, POD, CAT aktiviteleri, MDA içeriği ve syringol III ve 3,6 '- sinapyrylsucrose birikimi üzerinde teşvik edici bir etkiye sahip olduğunu bulmuştur. Taimoor ve arkadaşları, karabuğday kallus dokusundaki POD ve SOD aktivitelerinin, SA uygulama süresinin uzamasıyla önce artma ve sonra azalma eğilimi gösterdiğini ve en yüksek aktivitenin 7. haftada olduğunu bulmuşlardır. Marziyeh ve arkadaşları, polietilen glikolün 4% ve 6% konsantrasyonlarının Taxus chinensis'in kallus dokusundaki MDA içeriğini önemli ölçüde artırdığını, ancak polietilen glikolün 1%, 2%, 3% ve 5% konsantrasyonlarının MDA içeriği üzerinde bir etkisi olmadığını bulmuşlardır. Bu çalışmada, her iki indükleyici türünün de uygun konsantrasyonlarda Amerikan ginsenginin kallus dokusunda antioksidan enzimler SOD, CAT, POD aktivitelerini ve MDA içeriğini önemli ölçüde aktive edebildiği bulunmuştur. Konsantrasyon aralığının ötesinde, ilgili enzim aktiviteleri kontrol grubundakilerden daha düşüktü. Bunun nedeni, indükleyicilerin antioksidan enzimlerin aktivitesi üzerinde belirli bir sınıra sahip olması olabilir. Sınır aşılırsa, enzim aktivitesi büyük ölçüde azalacak, bu da hücrelerde büyük miktarda reaktif oksijen türlerinin birikmesine neden olacak ve bitki hücrelerinin normal büyümesine zarar verecektir.

Çok sayıda çalışma, farklı indükleyicilerin ve konsantrasyonların aynı bitki materyali üzerindeki etkilerinde önemli farklılıklar olduğunu göstermiştir. Örneğin, sodyum asetat, SA ve Cu2+ eklenmesi Bupleurum chinense'nin adventif köklerinin verimini ve saikosaponin içeriğini değişen derecelerde etkili bir şekilde artırabilir; Nadir toprak elementi Ce3+'ın düşük konsantrasyonları Ginkgo biloba süspansiyon hücrelerinde flavonoid üretimini artırabilir, ancak yüksek Ce3+ dozları hücre ölümüne yol açabilir. İndükleyiciler tarafından indüklenen ikincil metabolitlerin optimal konsantrasyonu aynı bitki içinde değişir. Qi ve arkadaşları, Gynostemma pentaphyllum'un tüylü kök kültürüne eklenen MeJA, SA ve maya özütünün optimum konsantrasyonlarının, tüylü köklerin büyümesini ve toplam saponin içeriğini değişen derecelerde artırdığını bulmuştur. Bu deneyde, her iki indükleyici türünün de Amerikan ginsenginin kallus dokusunda ginsenosit birikimini önemli ölçüde teşvik edebileceği bulunmuştur. MeJA ve SA ile indüklenen ginsenosidlerin optimum konsantrasyonları sırasıyla 100 ve 200 μ mol/L olup, kontrol grubundan 4,23 ve 2,49 kat daha yüksektir. Ayrıca, farklı indükleyicilerin ve konsantrasyonların Amerikan ginsengi kallus dokusunda monomerik saponinlerin sentezini etkilediği ve monomerik saponinler Rg1, Re, Rb1, Rd, Rc ve Rb2 üzerindeki etkilerde önemli farklılıklar olduğu bulunmuştur. Buradan, Amerikan ginsenginin kallus dokusunda indüksiyon etkisinin MeJA>SA olduğu sonucuna varılabilir. Amerikan ginsenginin doku kültüründe, maya özütü, SA, gümüş nitrat, kalsiyum klorür, MeJA ve fungal indükleyicinin tümü, sonuçlarımızla tutarlı olan ginsenosid içeriğini artırabilir. Bu sonuç, farklı indükleyiciler için reseptör tipleri ve miktarları ile ilgili olabilecek çoklu faktörlerin bir kombinasyonundan kaynaklanıyor olabilir. Düşük indükleyici konsantrasyonları hücrelere daha az zarar verse de, bitki hücrelerini yalnızca kısmen indükleyebilir ve bu da daha düşük seviyelerde ikincil metabolitlerle sonuçlanabilir; Ayrıca Amerikan ginsenginin kallusundaki farklı endojen sitokinin seviyeleri ile ilgili olabilir, bu da bitkide ikincil metabolitlerle ilgili çoklu sentetik yollar ve reaksiyon adımları ve farklı sentetik yollara katılan farklı indükleyicilerle sonuçlanabilir. Bu nedenle, Amerikan ginsengi kallusunun büyümesini ve ginsenosit birikimini teşvik etmek için uygun indükleyicileri ve optimum konsantrasyonu seçmek özellikle önemlidir.

İkincil metabolitler, bitkilerin uzun süreli evrimi sırasında ekolojik çevreye uyum sağlamasının bir sonucudur ve bitki yaşam aktivitelerinde önemli bir yere sahiptir. Ayrıca ilaçlar, boyalar ve kokular gibi birçok bileşiğin önemli bir kaynağıdırlar. İndükleyiciler, yeni sekonder metabolitleri indüklemek veya sekonder metabolitlerin biyosentezini ve birikimini arttırmak için bitki doku kültüründe en etkili ve yaygın olarak kullanılan biyoteknolojik araçlardan biridir. Bu deneyde MeJA ve SA indükleyicilerinin Amerikan ginseng kallus dokusunun büyümesi, enzim aktivitesi ve ginsenosid içeriği üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Sonuçlar, Amerikan ginsengi kallus dokusuna uygun konsantrasyonlarda MeJA ve SA eklenmesinin enzim aktivitesini önemli ölçüde aktive edebileceğini ve ginsenosid bileşiklerinin içeriğini artırabileceğini göstermiştir. MeJA büyümeyi engellemesine rağmen, kallus dokusundaki toplam saponin içeriği ve verimi 100 μ mol/L MeJA konsantrasyonunda maksimum değerlerine ulaşmıştır. Rg1, Re, Rb1 ve Rc ginsenosidlerinin içeriği en yüksekti, bu da MeJA'nın toplam ginsenosidleri indüklemede en iyi etkiye sahip olduğunu gösteriyordu. Bu makale, Amerikan ginsenginde aktif bileşenlerin sentezini teşvik etmek için indükleyicilerin kullanılması için bir temel sağlamaktadır. Bununla birlikte, indükleyicilerin Amerikan ginsengi kallusunda ginsenosit birikimini düzenleme mekanizması ve Amerikan ginsengi kallusunun kalitesini artırmak için indükleyicilerin sinerjik olarak nasıl daha etkili bir şekilde kullanılacağı, sonraki deneylerde ele alınması gereken konulardır.