Salvia milthiorrhiza root (Danshen) is one of the oldest and most traditional drug of Chinese origin, mainly used in the treatment of cardiovascular and cerebrovascular diseases. The tanshiniones (diterpenoids) and phenolic acids are the main biological active substances of S. miltiorrhiza. The aim of this study was to determine the optimal conditions for callus cultures and biosynthesis of the biological active compounds. The callus cultures (on solid medium, CC A in shake flask and CC A in bioreactor) were obtained and phytochemical studies on them were carried out. Total amount of phenolic acids determined in callus (solid medium) averaged from 2.58% to 5.72% of dry weight (DW). The callus cultured on solid medium and CC A (in flasks) did not produce tanshiniones. Culture conditions in the bioreactor enabled the biosynthesis of tanshiniones (0.27% of dihydrotanshinione, 0.12% of cryptotanshinone, 0.01% of tanshinione 2A and tanshinione 1). The obtained contents of rosmarinic acid in callus on solid medium and CC A (cultured in shake flasks) are relatively high and comparable to raw material. The callus cultured in bioreactor is eligible for tanshinione production, moreover the accumulation of them is comparable with the intact plants.
PL
Szałwia czerwonokorzeniowa (Salvia miltiorrhiza, Danshen) należy do najstarszych i najcenniejszych ziół używanych w chińskiej medycynie ludowej. Stosowana jest głównie w chorobach układu krążenia. Korzenie szałwi zawierają dwie grupy związków biologicznie aktywnych: tanszinony oraz kwasy fenolowe. Celem badań było określenie optymalnych parametrów hodowli oraz warunków biosyntezy związków aktywnych. Kultury kalusowe hodowano na pożywce stałej oraz płynnej: w kolbkach na wytrząsarkach i w bioreaktorze (agregaty CC A). Suma kwasów fenolowych w kalusie hodowanym na pożywce stałej wynosiła 2,58%–5,72% suchej masy (s.m.). Kalus hodowany na pożywce stałej oraz agregaty w kolbkach nie syntetyzowały tanszinonów. Agregaty hodowane w bioreaktorze produkowały tanszinony na poziomie: 0,27% s.m – dihydrotanszinon, 0,12% s.m. – kryptotanszinon, 0,01% s.m. – tanszinon 2A i tanszinon 1. Zawartość kwasu rozmarynowego w kalusie hodowanym na pożywce stałej oraz w hodowli suspensyjnej w kolbkach była stosunkowo wysoka i porównywalna z roślinami z gruntu (uprawianymi w polskich warunkach klimatycznych). Warunki hodowli w bioreaktorze umożliwiły syntezę tanszinonów porównywalną z roślinami z gruntu. Słowa
The main aim of this study was to search the influence of exogenous addition of rosavin precursor: cinnamyl alcohol on the enhancing of rosavins content in callus culture of R. rosea, cultured on solid and liquid media (CCA). This is the first report – according to available literature – which concerns its biotransformation on solid medium conditions. The two strains of R. rosea tissue cultures showed different ability of cinnamyl alcohol glycosides production: both of them produced rosin (with or without supplementation), but the obtained level of rosavin production was notable higher in case of supplementation of the strain induced from axially buds of R. rosea. The exogenous cinnamyl alcohol was added into medium at concentration of 2.5 mM/L or 5 mM/L in the day of the inoculation. The application of 2.5 mM cinnamyl alcohol resulted in the increase of rosin content in the callus started from hypocotyle to very high levels: 1056.183 mg/100 g on solid medium and 776.330 mg/100 g in liquid medium. The content of rosavin showed the same growing tendency, but the final concentration of this phenylopropanoid in the supplemented callus tissue was about 7 times lower as compared to the roots of intact plant (63.603 mg/100 g). Addition of cinnamyl alcohol also enhanced rosarin biosynthesis but only in small amount: to 4.896 mg/100 g on solid medium. Callus tissue obtained from axially buds and treated by cinnamyl alcohol (2.5 mM) produced rosavin in a higher concentration: 92.801 mg/100 g and reached one fifth part of the amount produced by roots. The process of supplementation with cinnamyl alcohol influenced the enhanced biosynthesis of another bioactive substances as well (salidroside, tyrosol, chlorogenic acid). The obtained results confirmed that even on a solid medium the callus tissue can produce the characteristic active substances and the concentration of some of them, mainly rosin and rosavin, can be significantly improved by addition of the precursors to the medium.
PL
Celem prowadzonych prac było określenie wpływu alkoholu cynamonowego (prekursor rozawin) dodanego do pożywki na produkcję rozawin w kulturach kalusowych Rhodiola rosea L. na pożywkach stałych i płynnych (agregaty CCA). Jest to pierwsze – według dostępnej literatury – doniesienie dotyczące biotransformacji na pożywce stałej. W badaniach posłużono się dwiema liniami różeńca górskiego, które wykazywały różną zdolność do produkcji glikozydów alkoholu cynamonowego. Obie linie produkowały rozynę (niezależnie od suplementacji), lecz w wyniku biotransformacji linia otrzymana z pączków bocznych syntetyzowała rozawinę w znacznie większym stopniu. Alkohol cynamonowy dodawano do pożywek w stężeniach: 2,5 mM i 5 mM w pierwszym dniu hodowli. Po dodaniu 2,5 mM alkoholu cynamonowego do pożywki stwierdzono bardzo wysoki wzrost zawartości rozyny w kalusie pochodzącym z hypokotyla (1056,183 mg/100 g) na pożywce stałej i płynnej (776,330 mg/100 g). Zaobserwowano również wzrost stężenia rozawiny, ale ostateczne stężenie tego fenylopropanoidu w tkance kalusowej było około 7 razy niższe niż w korzeniach roślin gruntowych (63,603 mg/100 g). Dodatek alkoholu cynamonowego zwiększał również zawartość rozaryny, lecz w niewielkim stopniu: 4,896 mg/100 g. Największe stężenie rozawiny otrzymano w kalusie z linii hypokotyl (92,801 mg/100 g) traktowanym 2,5 mM alkoholem cyna87 monowym, co odpowiada jednej piątej zawartości rozawiny produkowanej w korzeniach roślin gruntowych. Biotransformacja alkoholem cynamonowym wpłynęła na wzmożoną biosyntezę innych związków czynnych, takich jak salidrozyd, tyrozol i kwas chlorogenowy. Otrzymane wyniki potwierdzają, że kalus rosnący na pożywce stałej jest zdolny do produkcji związków czynnych charakterystycznych dla gatunku, a większe stężenie niektórych z nich, głównie rozyny i rozawiny, można uzyskać poprzez dodanie prekursorów do pożywki.