Scutellaria baicalensis Georgi: проекция метаболома корня в культуре корневых волосков

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Исследование посвящено сравнительной характеристике флавоноидов и фенилэтаноидов корня дикого растения шлемника байкальского (Scutellaria baicalensis) и культуры корневых волосков. Культура корневых волосков, полученная из семян дикого растения, демонстрирует практически идентичный с корнем набор метаболитов, при этом показывая различия в обильности метилированных и гликозилированных производных обоих классов соединений. Отмечено существенное накопление сахарозы корнями интактного растения. Метилированные флавоны, ответственные за защиту растения от биотических и абиотических стресс-факторов, более обильны в культуре корневых волосков. В обоих образцах впервые идентифицирован 7-сульфат 6-ОМе вогонин. Визуализация масс-спектрометрических данных метаболома посредством селективного ионного мониторинга показала себя как удобный инструмент обнаружения изменения метаболизма, вызванного факторами внешней среды или повреждением растения.

Об авторах

Ю. Н. Елькин

Тихоокеанский институт биоорганической химии им. Г.Б. Елякова ДВО РАН

Email: step_ann@mail.ru
Россия, Владивосток

А. Ю. Маняхин

Федеральный научный центр биоразнообразия наземной биоты Восточной Азии ДВО РАН

Email: step_ann@mail.ru
Россия, Владивосток

А. Ю. Степанова

Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: step_ann@mail.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Cui M.Y., Lu A.R., Li J.X., Liu J., Fang Y.M., Pei T.L., Zhong X., Wei Y.-K., Kong Y., Wen-Qing Q., Hu Y.-H., Yang J., Chen X.-Y., Martin C., Zhao Q. Two types of O‑methyltransferase are involved in biosynthesis of anticancer methoxylated 4'-deoxyflavones in Scutellaria baicalensis Georgi. // Plant Biotech. J. 2022. V. 20. P. 129. https://doi.org/10.1111/PBI.13700
  2. Fang Y., Liu J., Zheng M., Zhu S., Pei T., Cui M., Chang L., Xiao H., Yang J., Martin C., Zhao Q. SbMYB3 transcription factor promotes root-specific flavone biosynthesis in Scutellaria baicalensis // Horticulture Res. 2023. V. 10. uhac266. https://doi.org/10.1093/hr/uhac266
  3. Qiao X., Li R., Song W., Miao W.-J., Liu J., Chen H.-B., Guo D.-A., Ye M. A targeted strategy to analyze untargeted mass spectral data: Rapid chemical profiling of Scutellaria baicalensis using ultra-high performance liquid chromatography coupled with hybrid quadrupole orbitrap mass spectrometry and key ion filtering // J. Chromatog. A. 2016. V. 1441. P. 83. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2016.02.079
  4. Stojakowska A., Malarz J. Flavonoid production in transformed root cultures of Scutellaria baicalensis // J. Plant Physiol. 2000. V. 156. P. 121. https://doi.org/10.1016/S0176-1617(00)80282-5
  5. Kuzovkina I.N., Guseva A.V., Alterman I.E., Karnachuk R.A. Flavonoid production in transformed Scutellaria baicalensis roots and ways of its regulation // Russ. J. Plant Physiol. 2001. V. 48. P. 448. https://doi.org/10.1023/A:1016739010716
  6. Elkin Y.N., Kulesh N.I., Stepanova A.Y., Solovieva A.I., Kargin V.M., Manyakhin A.Y. Methylated flavones of the hairy root culture Scutellaria baicalensis // J. Plant Physiol. 2018. V. 231. P. 277. https://doi.org/10.1016/j.jplph.2018.10.009
  7. Sun C., Zhang M., Dong H., Liu W., Guo L., Wang X. A spatially-resolved approach to visualize the distribution and biosynthesis of flavones in Scutellaria baicalensis Georgi // J. Pharmac. Biomed. Anal. 2020. V. 179. P. 113014. https://doi.org/10.1016/J.JPBA.2019.113014
  8. Elkin Y.N., Kulesh N.I., Shishmarev V.M., Kargin V.M., Manyakhin A.Y. Scutellaria baicalensis: the end of flavone biosynthesis pathway // Acta Biol. Cracoviensia Series Bot. 2022. V. 64. P. 39. https://doi.org/10.24425/abcsb.2021.136704
  9. Gutierrez-Valdes N., Häkkinen S.T., Lemasson C., Guillet M., Oksman-Caldentey K.M., Ritala A., Cardon F. Hairy root cultures – a versatile tool with multiple applications. // Front. Plant Sci. 2020. V. 11. P. 33. https://doi.org/10.3389/FPLS.2020.00033/BIBTEX
  10. Zhao Q., Zhang Y., Wang G., Hill L., Weng J.K., Chen X.-Y., Xue H., Martin C. A specialized flavone biosynthetic pathway has evolved in the medicinal plant Scutellaria baicalensis // Sci. Adv. 2016. V. 2. e1501780. https://doi.org/10.1126/sciadv.1501780
  11. Zhao Q., Cui M.Y., Levsh O., Yang D., Liu J., Li J., Hill L., Yang L., Hu Y., Weng Y.-K., Cheng X.-Y, Martin C. Two CYP82D enzymes function as flavone hydroxylases in the biosynthesis of root-specific 4′-deoxyflavones in Scutellaria baicalensis // Molec. Plant. 2018. V. 11. P. 135. https://doi.org/10.1016/j.molp.2017.08.009
  12. Zhao Q., Yang J., Cui M.Y., Liu J., Fang Y., Yan M., Qiu W., Shang H., Xu Z., Yidiresi R., Weng J.K., Pluskal T., Vigouroux M., Steuernagel B., Wei Y. et al. The reference genome sequence of scutellaria baicalensis provides isights into the evolution of wogonin biosynthesis // Molec. Plant. 2019. V. 12. P. 935. https://doi.org/10.1016/j.molp.2019.04.002
  13. Zhao Q., Chen X.Y., Martin C. Scutellaria baicalensis, the golden herb from the garden of Chinese medicinal plants // Sci. Bull. 2016. V. 61. P. 1391. https://doi.org/10.1007/S11434-016-1136-5
  14. Ramaroson M.L., Koutouan C., Helesbeux J.J., Le Clerc V., Hamama L., Geoffriau E., Briard M. Role of phenylpropanoids and flavonoids in plant resistance to pests and diseases // Molec. 2022. V. 27. P. 8371. https://doi.org/10.3390/molecules27238371
  15. Gamborg O.L., Miller R.A., Ojima K. Nutrient requirements of suspension cultures of soybean root cells // Exp. Cell Res. 1968. V. 50. P. 151. https://doi.org/10.1016/0014-4827(68)90403-5
  16. Solov’eva A.I., Evsyukov S.V., Sidorov R.A., Stepanova A.Y. Correlation of endogenous β-glucuronidase activity with differentiation of in vitro cultures of Scutellaria baicalensis // Acta Physiol. Plant. 2020. V. 42. P. 1. https://doi.org/10.1007/s11738-020-03159-0
  17. Hu L., Liu J., Zhang W., Wang T., Zhang N., Lee Y.H., Lu H. Functional metabolomics decipher biochemical functional and associated mechanisms underlie small-molecule metabolism // Mass Spectr. Rev. 2020. V. 39. P. 417. https://doi.org/10.1002/MAS.21611
  18. Teles Y.C.F., Souza M.S.R., De Souza M. de F.V. Sulphated flavonoids: biosynthesis, structures, and biological activities // Molec. 2018. V. 23. P. 480. https://doi.org/10.3390/MOLECULES23020480
  19. Yang Y., Xi D., Wu Y., Liu T. Complete biosynthesis of the phenylethanoid glycoside verbascoside // Plant Commun. 2023. V. 4. P. 100592. https://doi.org/10.1016/J.XPLC.2023.100592

Дополнительные файлы


© Ю.Н. Елькин, А.Ю. Маняхин, А.Ю. Степанова, 2023