Состав и содержание фенольных соединений в побегах Casuarina equisetifolia L
Автор: Кроль Т.А., Балеев Д.Н., Осипов В.И.
Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology
Рубрика: Метаболиты, метаболомные профили
Статья в выпуске: 1 т.59, 2024 года.
Бесплатный доступ
Вид Casuarina equisetifolia L. широко используется в лесоводстве во многих странах с тропическим климатом. Известно, что экстракты из побегов C. еquisetifolia характеризуются высоким содержанием фенольных соединений, которые играют важную роль в процессах роста и развития растений, а также в адаптации к абиотическим и биотическим факторам окружающей среды. Кроме того, они обладают противовирусной, антибактериальной, противовоспалительной, противоопухолевой, нейропротекторной и другими видами активности. В настоящей работе в побегах C. еquisetifolia впервые подробно исследован состав фенольных соединений, которые были представлены в основном мономерными эллаготаннинами. Нашей целью было изучение состава и содержания фенольных соединений в побегах Casuarina equisetifolia методом ультра-эффективной жидкостной хроматографии в комбинации с фотодиодным и масс-спектрометрическим детекторами (УЭЖХ-ДД-МС). Объектом исследования были зеленые однолетние фотосинтезирующие побеги дерева C. еquisetifolia , которое произрастает в оранжерее Ботанического сада Всероссийского института лекарственных и ароматических растений (ФГБНУ ВИЛАР, г. Москва) в условиях защищенного грунта. Сбор образцов проводили в I декаде июля в 2019 году. Побеги замораживали, лиофильно высушивали и измельчали. Образец массой 15 мг экстрагировали 1 мл 80 % ацетона в течение 60 мин при комнатной температуре и постоянном перемешивании. Экстракт центрифугировали в течение 20 мин при 14000 об/мин и упаривали досуха при 45 °С. Экстракцию образца повторяли еще 2 раза. Полученный сухой экстракт растворяли в 1 мл деионизированной воды в течение 60 мин, центрифугировали в течение 20 мин при 14000 об/мин, разбавляли в 5 раз деионизированной водой и фильтровали. Для анализа фенольных соединений использовали ультра-эффективную жидкостную хроматографическую систему (УЭЖХ, Acquity UPLC® 2.9.0, «Waters Corporation», США), которая включала фотодиодный детектор (190-500 нм) и тройной квадрупольный масс-спектрометр (Xevo TQ, «Waters Corporation», США). Разделение проводили на колонке Acquity UPLC® BEH Phenyl (2,1½100 мм, 1,7 мкм, «Waters Corporation», Ирландия). Полученные данные анализировали с использованием программы DataAnalysis 4.0. При идентификации фенольных соединений использовали данные масс-спектрометрии, определяя m/z значение иона [M-H]- и его фрагментов. Содержание различных классов фенольных соединений - галлоил-глюкоз, эллаготаннинов, конденсированных таннинов, флавоноидов (производных кверцетина и кемпферола) определяли методом мониторинга множественных реакций. В результате проведенных исследований в экстракте обнаружили 16 фенольных соединений, среди которых 14 относились к классу гидролизуемых таннинов, 2 - к классу флаван-3-олов. Установлено, что побеги C. еquisetifolia накапливают мономерные эллаготаннины с молекулярной массой от 784 до 1068 Да, имеющие в молекуле в качестве полиола циклическую или линейную форму глюкозы. Среди эллаготаннинов C. еquisetifolia впервые идентифицированы казуариин, два изомера педункулагина, страхиурин, чебулаговая кислота, казуаринин и казуариктин. Два соединения с молекулярной массой 1068 Да были предварительно идентифицированы как изомеры птерокаринина А. В побегах также были идентифицированы эллаговая кислота и ее производные: арабинозид эллаговой кислоты и рамнозид эллаговой кислоты. Общее содержание фенольных соединений составило 55 мг/г сухой массы. При этом основными фенольными соединениями были эллаготаннины, содержание которых достигало 42 мг/г, или 76 % от общего количества всех фенольных соединений. На долю галлоил-глюкоз и конденсированных таннинов приходилось по 10 % от общего количества всех фенольных соединений. Полученные данные свидетельствуют о возможном использовании побегов C. еquisetifolia в качестве исходного сырья для получения индивидуальных эллаготаннинов и изучения их противовирусной, противовоспалительной и противоопухолевой активности.
Casuarina equisetifolia l, ультраэффективная жидкостная хроматография, масс-спектрометрия, фенольные соединения, гидролизуемые таннины, эллаготаннины
Короткий адрес: https://sciup.org/142241608
IDR: 142241608 | DOI: 10.15389/agrobiology.2024.1.106rus
Список литературы Состав и содержание фенольных соединений в побегах Casuarina equisetifolia L
- Diouf D., Sy M.O., Gherbi H., Bogusz D., Franche C. Casuarinaceae. In: Compendium of Transgenic Crop Plants /C. Kole, T.C. Hall (eds.). Blackwell Publishing Ltd, 2009: 279-292 (doi: 10.1002/9781405181099.k0910).
- Dörken V.M., Parsons R.F. Morpho-anatomical studies on the leaf reduction in Casuarina: the ecology of xeromorphy. Trees, 2017, 31: 1165-1177 (doi: 10.1007/s00468-017-1535-5).
- Li H.-B., Li N., Yang S.-Z., Peng H.-Z., Wang L.-L., Wang Y., Zhang X.-M., Gao Z.-H. Transcriptomic analysis of Casuarina equisetifolia L. in responses to cold stress. Tree Genetics & Genomes, 2017, 13: 7 (doi: 10.1007/s11295-016-1090-z).
- Wang Y., Zhang Y., Fan C., Wei Y., Meng J., Li Z., Zhong C. Genome-wide analysis of MYB transcription factors and their responses to salt stress in Casuarina equisetifolia. BMC Plant Biology, 2021, 21: 328 (doi: 10.1186/s12870-021-03083-6).
- Zhong C., Zhang Y., Wei Y., Meng J., Chen Y., Bush D., Bogusz D., Franche C. The role of Frankia inoculation in Casuarina plantations in China. Antonie van Leeuwenhoek, 2019, 112: 47-56 (doi: 10.1007/s10482-018-1205-7).
- Saranya K., Gowrie U. Phytochemical analysis and in vitro studies on antibacterial, antioxidant and anti-inflammatory activities using Casuarina equisetifolia bark extracts. International Journal of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences, 2018, 10(1): 118-125 (doi: 10.22159/ijpps.2018v10i1.22188).
- Pawar A.R., Rao P.S., Vikhe D.N. Pharmacognostic, phytochemical, physico-chemical standardization of Casuarina equisetifolia stem-inner bark. Research Journal of Science and Technology, 2021, 13(3): 193-199 (doi: 10.52711/2349-2988.2021.00029).
- Zhang L., Zhang S., Ye G., Qin X. Seasonal variation and ecological importance of tannin and nutrient concentrations in Casuarina equisetifolia branchlets and fine roots. Journal of Forestry Research, 2020, 31(5): 1499-1508 (doi: 10.1007/s11676-019-00991-0).
- Muhammad H.L., Garba R., Abdullah A.S., Adefolalu F.S., Busari M.B., Hamzah R.U., Makun H.A. Hypoglycemic and hypolipidemic properties of Casuarina equisetifolia leaf extracts in alloxan induced diabetic rats. Pharmacological Research-Modern Chinese Medicine, 2022, 2: 100034 (doi: 10.1016/j.prmcm.2021.100034).
- Muthuraj S., Muthusamy P., Radha R., Ilango K. Pharmacognostical, phytochemical studies and in vitro antidiabetic evaluation of seed extracts of Casuarina equisetifolia Linn. The Journal of Phytopharmacology, 2020, 9(6): 410-418 (doi: 10.31254/phyto.2020.9605).
- Zhang S.-J., Lin Y.-M., Zhou H.-C., Wei S.D., Lin G.-H., Ye G.-F. Antioxidant tannins from stem bark and fine root of Casuarina equisetifolia. Molecules, 2010, 15(8): 5658-5670 (doi: 10.3390/molecules15085658).
- Okuda T., Yoshida T., Ashida M., Yazaki K. Tannis of Casuarina and Stachyurus species. Part 1. Structures of pendunculagin, casuarictin, strictinin, casuarinin, casuariin, and stachyurin. Journal of the Chemical Society, Perkin Transactions 1, 1983: 1765-1772 (doi: 10.1039/P19830001765).
- Pratyusha S. Phenolic compounds in the plant development and defense: an overview. In: Plant stress physiology — perspective in agriculture /M. Hasanuzzaman, K. Nahar (eds.). Intechopen, 2022: 125-140 (doi: 10.5772/intechopen.102873).
- Kumar S., Abedin M.M., Singh A.K., Das S. Role of phenolic compounds in plant-defensive mechanisms. In: Plant phenolics in sustainable agriculture /R. Lone, R. Shuab, A. Kamili (eds.). Springer, Singapore, 2020: 517-532 (doi: 10.1007/978-981-15-4890-1_22).
- Zhang S., He C., Wei L. Jian S., Liu N. Transcriptome and metabolome analysis reveals key genes and secondary metabolites of Casuarina equisetifolia ssp. incana in response to drought stress. BMC Plant Biology, 2023, 23: 200 (doi: 10.1186/s12870-023-04206-x).
- Ai D., Wang Y., Wei Y., Zhang J., Meng J., Zhang Y. Comprehensive identification and expression analyses of the SnRK gene family in Casuarina equisetifolia in response to salt stress. BMC Plant Biology, 2022, 22: 572 (doi: 10.1186/s12870-022-03961-7).
- Zhang L.H., Shao H.B., Ye G.F., Lin Y. M. Effects of fertilization and drought stress on tannin biosynthesis of Casuarina equisetifolia seedlings branchlets. Acta Physiologiae Plantarum, 2012, 34: 1639-1649 (doi: 10.1007/s11738-012-0958-2).
- Kiss A.K., Piwowarski J.P. Ellagitannins, gallotannins and their metabolites-the contribution to the anti-inflammatory effect of food products and medicinal plant. Current Medicinal Chemistry, 2018, 25(37): 4946-4967 (doi: 10.2174/0929867323666160919111559).
- Olchowik-Grabarek E., Sękowski S., Kwiatek A., Płaczkiewicz J., Abdulladjanova N., Shlyonsky V., Swiecicka I, Zamaraeva M. The structural changes in the membranes of Staphylococcus aureus caused by hydrolysable tannins witness their antibacterial activity. Membranes, 2022, 12(11): 1124 (doi: 10.3390/membranes12111124).
- Kaneshima T., Myoda T., Nakata M., Fujimori T., Toeda K., Nishizawa M. Antioxidant activity of C-Glycosidic ellagitannins from the seeds and peel of camu-camu (Myrciaria dubia). LWTFood Science and Technology, 2016, 69: 76-81 (doi: 10.1016/j.lwt.2016.01.024).
- Senobari Z., Karimi G., Jamialahmadi K. Ellagitannins, promising pharmacological agents for the treatment of cancer stem cells. Phytotherapy Research, 2022, 36(1): 231-242 (doi: 10.1002/ptr.7307).
- Engstrom M.T., Palijarvi M., Salminen J.P. Rapid fingerprint analysis of plant extracts for ellagitannins, gallic acid, and quinic acid derivatives and quercetin-, kaempferol-and myricetin-based flavonol glycosides by UPLC-QqQ-MS/MS. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2015, 63(16): 4068-4079 (doi: 10.1021/acs.jafc.5b00595).
- Xu M., Liu P., Jia X., Zhai M., Zhou S., Wu B., Guo Z. Metabolic profiling revealed the organspecific distribution differences of tannins and flavonols in pecan. Food Science & Nutrition, 2020, 8(9): 4987-5006 (doi: 10.1002/fsn3.1797).
- Wishart D.S., Feunang Y.D., Marcu A., Guo A.C., Liang K., Vázquez-Fresno R., Sajed T., Johnson D., Li C., Karu N., Sayeeda Z., Lo E., Assempour N., Berjanskii M., Singhal S., Arndt D., Liang Y., Badran H., Grant J., Serra-Cayuela A., Liu Y., Mandal R., Neveu V., Pon A., Knox C., Wilson M., Manach C., Scalbert A. HMDB 4.0: the human metabolome database for 2018. Nucleic Acids Research, 2018, 46(D1): D608-D617 (doi: 10.1093/nar/gkx1089).
- Plaza M., Batista A.G., Cazarin C.B.B., Sandahl M., Turner C., Östman E., Júnior M.R.M. Characterization of antioxidant polyphenols from Myrciaria jaboticaba peel and their effects on glucose metabolism and antioxidant status: A pilot clinical study. Food Chemistry, 2016, 211: 185-197 (doi: 10.1016/j.foodchem.2016.04.142).
- Nonaka G., Ishimaru K., Azuma R., Ishimatsu M., Nishioka I. Tannins and related compounds. LXXXV: Structures of novel C-glycosidic ellagitannins, grandinin and pterocarinins A and B. Chemical and Pharmaceutical Bulletin, 1989, 37(8): 2071-2077 (doi: 10.1248/cpb.37.2071).
- Jorge T.F., Tohge T., Wendenburg R., Ramalho J.C., Lidon F.C., Ribeiro-Barros A.I., Fernie A.R., Antonio C. Salt-stress secondary metabolite signatures involved in the ability of Casuarina glauca to mitigate oxidative stress. Environmental and Experimental Botany, 2019, 166: 103808 (doi: 10.1016/j.envexpbot.2019.103808).
- Aher A.K., Pal S., Yadav S., Patil U., Bhattacharya S. Evaluation of antimicrobial activity of Casuarina equisetifolia frost (Casuarinaceae). Research Journal of Pharmacognosy and Phytochemistry, 2009, 1(1): 64-68.
- Yoshida T., Amakura Y., Yoshimura M. Structural features and biological properties of ellagitannins in some plant families of the order Myrtales. International Journal of Molecular Sciences, 2010, 11(1): 79-106 (doi: 10.3390/ijms11010079).
- Karlińska E., Masny A., Cieślak M., Macierzyński J., Pecio Ł., Stochmal A., Kosmala M. Ellagitannins in roots, leaves, and fruits of strawberry (Fragaria ½ ananassa Duch.) vary with developmental stage and cultivar. Scientia Horticulturae, 2021, 275: 109665 (doi: 10.1016/j.scienta. 2020.109665).
- Anstett D.N., Cheval I., D’Souza C., Salminen J.-P., Johnson M.T. Ellagitannins from the Onagraceae decrease the performance of generalist and specialist herbivores. Journal of Chemical Ecology, 2019, 45: 86-94 (doi: 10.1007/s10886-018-1038-x).
- Grellet-Bournonville C.F., Di Peto P.A., Cervino Dowling A.M., Castagnaro A.P., Schmeda- Hirschmann G., Diaz Ricci J.C., Mamaní A.I., Filippone M.P. Seasonal variation of plant defense inductor ellagitannins in strawberry leaves under field conditions for phytosanitary technological applications. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2021, 69(42): 12424-12432 (doi: 10.1021/acs.jafc.1c03810).
- Ossipov V., Salminen J.-P., Ossipova S., Haukioja E., Pihlaja K. Gallic acid and hydrolysable tannins are formed in birch leaves from an intermediate compound of the shikimate pathway. Biochemical Systematics and Ecology, 2003, 31(1): 3-16 (doi: 10.1016/S0305-1978(02)00081-9).
- Salminen J.-P. The chemistry and chemical ecology of ellagitannins in plant–insect interactions: from underestimated molecules to bioactive plant constituents. In: Recent advances in polyphenol research /A. Romani, V. Lattanzio, S. Quideau (eds.). Wiley, Hoboken, 2014: 83-113 (doi: 10.1002/9781118329634.ch4).
- Hatano T., Kira R., Yoshizaki M., Okuda T. Seasonal changes in the tannins of Liquidambar formosana reflecting their biogenesis. Phytochemistry, 1986, 25(12): 2787-2789 (doi: 10.1016/S0031-9422(00)83742-5).
- Yin T.-P., Cai L., Chen Y., Li Y., Wang Y.-R., Liu C.-S., Ding Z.-T. Tannins and antioxidant activities of the walnut (Juglans regia) pellicle. Natural Product Communications, 2015, 10(12): 1934578X1501001232 (doi: 10.1177/1934578X1501001232).
- Khalifa I., Zhu W., Nafie M.S., Dutta K., Li C. Anti-COVID-19 effects of ten structurally different hydrolysable tannins through binding with the catalytic-closed sites of COVID-19 main protease: an in-silico approach. Preprints, 2020: 2020030277 (doi: 10.20944/preprints202003.0277.v1).
- Du R., Cooper L., Chen Z., Lee H., Rong L., Cui Q. Discovery of chebulagic acid and punicalagin as novel allosteric inhibitors of SARS-CoV-2 3CLpro. Antiviral Research, 2021, 190: 105075 (doi: 10.1016/j.antiviral.2021.105075).
- Kuo P.-L., Hsu Y.-L., Lin T.-C., Lin L.-T., Chang J.-K., Lin C.-C. Casuarinin from the bark of Terminalia arjuna induces apoptosis and cell cycle arrest in human breast adenocarcinoma MCF-7 cells. Planta Medica, 2005, 71(3): 237-243 (doi: 10.1055/s-2005-837823).
- Yang L.-L., Lee C.-Y., Yen K.-Y. Induction of apoptosis by hydrolyzable tannins from Eugenia jambos L. on human leukemia cells. Cancer Letters, 2000, 157(1): 65-75 (doi: 10.1016/S0304-3835(00)00477-8).
- Kim M., Yin J., Hwang I.H., Park D., Lee, E., Kim M., Lee M. Anti-Acne vulgaris effects of pedunculagin from the leaves of Quercus mongolica by anti-inflammatory activity and 5-reductase inhibition. Molecules, 2020, 25(9): 2154 (doi: 10.3390/molecules25092154).
- Kwon D.-J., Bae Y.-S., Ju S.M., Goh A.R., Choi S.Y., Park J. Casuarinin suppresses TNF-- induced ICAM-1 expression via blockade of NF-κB activation in HaCaT cells. Biochemical and Biophysical Research Communications, 2011, 409(4): 780-785 (doi: 10.1016/j.bbrc.2011.05.088).
- Puljula E., Walton G., Woodward M.J., Karonen M. Antimicrobial activities of ellagitannins against Clostridiales perfringens, Escherichia coli, Lactobacillus plantarum and Staphylococcus aureus. Molecules, 2020, 25(16): 3714 (doi: 10.3390/molecules25163714).