Establishment and analysis of tissue and fast-growing normal root cultures of four Gentiana L. species, rare highland medicinal plants

Abstract

Aim. To obtain tissue and isolated root cultures of four Gentiana L. species from Ukraine (G. lutea L., G. punctata L., G. acaulis L. and G. asclepiadea L.) and study peculiarities of their growth and content of flavonoids and xanthones. Methods. In vitro culture, chromatography, spectrophotometry and statistical methods. Results. The conditions were developed for callus induction, proliferation, and long-term maintenance of fast-growing root cultures from gentians. A comparative study of total flavonoid and xanthone content in the cultured tissues, isolated cultured roots and wild plants of gentians was carried out. The capacity was ascertained for synthesizing these biologically active substances in vitro. The content of compounds varied both in calli and isolated roots derived from the plants of different gentian species, and in tissue and organ cultures of these species. The morphogenic and non-morphogenic cultures showed much lower flavonoid and xanthone content than the shoots of intact plants, but similar to that of natural roots. The fast-growing normal root cultures displayed higher concentrations of these biologically active compounds than the callus tissues in most cases. Conclusions. A high yield of biomass from gentian cultures in vitro and their ability to synthesize and accumulate flavonoids and xanthones make them as a promising source of these biologically active compounds.

Мета. Отримання культури тканин та ізольованих коренів чотирьох видів Gentiana L. флори України (G. lutea L., G. punctata L., G. acaulis L. і G. asclepiadea L.), а також дослідження особливостей їхнього росту і вмісту флавоноїдів та ксантонів. Методи. Культивування in vitro, хроматоспектрофотометричні і статистичні методи. Результати. Розроблені умови для індукції і проліферації калюсів, а також тривалого культивування швидкорослих культур коренів тирличів. Проведено порівняльні дослідження загального вмісту флавоноїдів і ксантонів у калюсах, культурах ізольованих коренів та дикорослих рослинах тирличів. Встановлено здатність культур до синтезу цих біологічно активних речовин in vitro. Кількість таких сполук варіювала як у калюсах і культурах ізольованих коренів, отриманих з рослин різних видів тирличів, так і в культурах тканин й органів, отриманих з різних рослин одного виду. Вміст флавоноїдів і ксантонів у морфогенних і неморфогенних культурах був значно нижчий, ніж у пагонах, але більший або близький до такого в коренях інтактних рослин. Швидкоросла культура коренів у більшості випадків характеризувалася вищою концентрацією цих біологічно активних сполук, ніж калюс. Висновок. Високий вихід біомаси культур in vitro тирличів та їх здатність синтезувати і накопичувати флавоноїди та ксантони дозволяють розглядати їх як перспективне джерело цих біологічно активних сполук.

Цель. Получение культуры тканей и изолированных корней четырех видов Gentiana L. флоры Украины (G. lutea L., G. punctata L., G. acaulis L. и G. asclepiadea L.), а также исследование особенностей их роста и содержания флавоноидов и ксантонов. Методы. Культивирование in vitro, хроматоспектрофотометрические и статистические методы. Результаты. Разработаны условия для индукции и пролиферации каллусов, а также длительного культивирования быстрорастущих культур корней горечавок. Проведены сравнительные исследования общего содержания флавоноидов и ксантонов в каллусах, культурах изолированных корней и дикорастущих растениях горечавок. Установлена способность культур к синтезу этих биологически активных веществ in vitro. Количество таких соединений варьировало как в каллусах и культурах изолированных корней, полученных из растений различных видов горечавки, так и в культурах тканей и органов, полученных из различных растений одного вида. Содержание флавоноидов и ксантонов в морфогенных и неморфогенных культурах было значительно ниже, чем в побегах, но больше или близкое к таковому в корнях интактных растений. Быстрорастущая культура корней в большинстве случаев характеризовалась высшей концентрацией этих биологически активных соединений, чем каллус. Выводы. Высокий выход биомассы культур in vitro горечавок, а также их способность синтезировать и накапливать флавоноиды и ксантоны, позволяют рассматривать их как перспективный источник этих биологически активных веществ.