Plant tissue and cell cultures as experimental models for studies of coumarin and chlorogenic acid biosynthesis in Mikania glomerata e Mikania laevigata (Asteraceae)
| Autor: | Leticia Aranha Netto |
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| Přispěvatelé: | Salvador, Marcos José, 1971, Stefanello, Maria Élida Alves, Castro, Marilia de Moraes, Universidade Estadual de Campinas. Instituto de Biologia, Programa de Pós-Graduação em Biologia Vegetal, UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS |
| Jazyk: | portugalština |
| Rok vydání: | 2018 |
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| Zdroj: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) instacron:UNICAMP |
| Popis: | Orientador: Marcos José Salvador Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia Resumo: Mikania glomerata Spreng e Mikania laevigata Sch. Bip. ex Baker., popularmente conhecidas como guaco, são usadas para o tratamento de doenças do sistema respiratório por seu efeito broncodilatador, ação atribuída à cumarina. Devido a semelhanças morfoanatômicas, as duas espécies são usadas indistintamente pela população, porém trabalhos documentados em literatura mostram diferenças entre seus perfis químicos, ocorrendo a prevalência de acúmulo de cumarina em M. laevigata e de ácido clorogênico em M. glomerata, levantando a questão se ambas podem ser usadas como insumo para o fitoterápico. Existe, dessa forma, a necessidade de se entender melhor os processos biossintéticos e metabólicos referentes a estas substâncias nestas duas espécies do gênero Mikania. Culturas de células e tecidos vegetais apresentam um grande potencial para produção de metabólitos secundários in vitro, devido à rápida proliferação celular e pelo alto controle e fácil manipulação das condições de cultivo, tornando-as ideais para estudos de regulação e produção de um metabólito de interesse. Este estudo visa investigar o emprego da cultura de tecidos e células vegetais como modelo biológico aplicado ao estudo da via de biossíntese de cumarina e de ácido clorogênico em M. glomerata e M. laevigata. Após o estabelecimento da cultura de calos e de suspensões celulares a partir da lâmina foliar de folhas jovens, foram realizados tratamentos em que as suspensões foram inoculadas com diferentes metabólitos da via de biossíntese de cumarina e ácido clorogênico. Os extratos hidroalcoólicos de calos e suspensões foram avaliados quanto ao perfil químico utilizando UHPLC-MS. O perfil químico obtido dos calos logo após o estabelecimento das culturas mostrou que as células produziram baixas concentrações ou não produziram as substâncias estudadas. Contudo, após nova avaliação, dois anos depois do estabelecimento, os calos passaram a sintetizar tanto cumarina quanto ácido clorogênico. A curva de crescimento e os tratamentos das células com ácido clorogênico e cumarina sugerem a existência de uma modulação positiva em termos de metabolismo entre a síntese de ácido clorogênico e de cumarina, em M. glomerata, enquanto em M laevigata os mesmos tratamentos parecem ter um efeito negativo. Os tratamentos com fornecimento de cumarina nas duas espécies também levaram a síntese de um intermediário da via da biossíntese de cumarina, o dihidromelilotosideo. A fenilalanina exógena não alterou a via de biossíntese da cumarina, mas diminuiu a concentração de ácidos clorogênicos, provavelmente desviando a rota para a produção de outras substâncias dessa via. A adição de ácido o-cumárico levou a síntese de dois precursores glicosilados da via da síntese de cumarina, o melilotosideo e o dihidromelilotosideo. Foi observado também aumento da concentração de cumarina nos primeiros cinco dias, em M. glomerata, mas não em M. laevigata. Já os efeitos de ácido p-cumárico parecem ser dose-dependente, modulando a via de síntese de ácido clorogênico de maneira positiva ou negativa dependendo da concentração aplicada. Os dados, de maneira geral, sugerem o potencial da cultura de tecidos e células para M. glomerata como modelo para estudo de biossíntese de cumarina e ácido clorogênico, contudo a instabilidade quanto ao crescimento das culturas celulares e diferenças no perfil químico dos extratos hidro alcoólicos de culturas células de M. laevigata faz com seja necessária a continuidade das investigações para confirmar seu uso como modelo de estudos Abstract: Mikania glomerata Spreng and Mikania laevigata Sch. Bip. ex Baker, popularly known as guaco, are used for the treatment of respiratory system diseases due to its bronchodilator effect, which is attributed to coumarin. Due to morpho-anatomical resemblance, both are used interchangeably by the population, however, research documented in the literature show differences between the chemical profiles of both species, with a prevalence of coumarin accumulation in M. laevigata and chlorogenic acid in M. glomerata, raising the question whether both can be used as a source for medicine. Therefore, there is the need to better understand the biosynthetic and metabolic processes related to these substances in these two species of the genus Mikania. Plant tissue and cell cultures have great potential to produce secondary metabolites in vitro due to rapid cell proliferation and due to high control and easy manipulation of the culture conditions, which makes them ideal for regulatory and biosynthesis studies of a metabolite of interest. This study aims to investigate the use of plant tissue and cell cultures as biological models applied to the study of coumarin and chlorogenic acid biosynthesis in M. glomerata and M. laevigata. After the establishment of callus culture and cell suspensions, treatments were performed in which suspensions were treated with different metabolites belonging to the biosynthesis pathway of coumarin and chlorogenic acid. The hydroalcoholic extracts of callus and suspensions were evaluated by their chemical profile using UHPLC-MS. The calli chemical profiles just after the establishment of the cultures showed that the cells of both plants in semi-solid medium produced low concentrations or did not produce the studied substances. However, after another evaluation, two years later, the callus began to synthesize both coumarin and chlorogenic acids. The growth curve and cells¿ treatments with chlorogenic acid and coumarin suggest the existence of a positive modulation in terms of metabolism between the synthesis of chlorogenic acid and coumarin in M. glomerata. On the other hand, in M. laevigata, the same treatments seem to have a negative on the modulation between the two metabolites. The treatments with coumarin feeding with both species also led to the synthesis of glucoside intermediates of coumarin biosynthesis pathway, melilotoside and dihydromelilotoside. Exogenous phenylalanine did not alter the coumarin biosynthesis, but decreased the concentration of chlorogenic acids, probably diverting the route to the production of other substances by this pathway. The feeding of o-coumaric acid led to synthesis of two coumarin precursors, melilotoside and dihydromelilotoside. It was also observed an increase in the concentration of coumarin during the first five days of treatment, in M. glomerata, but not in M. laevigata. The effects of p-coumaric acid application appear to be dose-dependent, modulating the chlorogenic acid synthesis pathway positively or negatively depending on the concentration applied to medium. The data, in general, suggest the potential of M. glomerata tissues and cell cultures as models for the study of biosynthesis of coumarin and chlorogenic acid. However, the instability of cell cultures and in the chemical profile of hydroalcoholic extracts of M. laevigata cells still requires further investigations to confirm its use as model of studies Mestrado Biologia Vegetal Mestra em Biologia Vegetal CAPES CNPQ 131125/2016-8 FAPESP FAEPEX |
| Databáze: | OpenAIRE |
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