doi: 10.15389/agrobiology.2021.3.578rus
УДК 635.7:577.19:57.044
Авторы выражают признательность за финансовую поддержку, предоставленную Institute of Science and High Technology and Environmental Sciences, Graduate University of Advanced Technology, Kerman, Iran.
ПРОДУКЦИЯ РОЗМАРИНОВОЙ КИСЛОТЫ В ПРОРОСТКАХ
МЕЛИССЫ (Melissa officinalis L.) ПОД ВЛИЯНИЕМ ИОНОВ МЕДИ
K. ESMAEILZADEH-SALESTANI1, 5 ✉, A. RIAHI-MADVAR2, 3,
M.A. MAZIYAR4, B. KHALEGHDOUST5, E. LOIT5
Розмариновая кислота (RA), одно из важнейших биологически активных соединений, которое синтезируют растения мелиссы (Melissa officinalis L.), обладает противовирусными, антибактериальными, антиоксидантными и противораковыми свойствами. Кроме того, ее применяют как приправу и для улучшения качества выпечки. Ионы меди действуют как кофактор нескольких белков и играют ключевую роль в фотосинтезе, дыхании, синтезе лигнина, реакциях на окислительный стресс и в метаболизме компонентов клеточной стенки, но в высоких концентрациях могут быть токсичны для растений. Мы предположили, что абиотические стрессы как один из внешних факторов, индуцирующих защитный механизм растений, могут способствовать выработке вторичных метаболитов и особенно RA у представителей семейства Lamiaceae. В представленной работе мы изучали накопление RA, экспрессию гена тирозинаминотрансферазы (TAT), содержание флавоноидов и антоцианов, а также активность антиоксидантных ферментов системы защиты растений от окислительного стресса у 45-суточных проростков M. officinalis после обработки разными концентрациями Cu2+ (0, 5, 10, 20 и 30 мкМ). Образцы собирали и исследовали после 8 и 16 ч обработки Cu2+. Показано, что в меньших концентрациях ионы Cu2+ положительно влияли на накопление RA независимо от длительности обработки, с чем согласовывалось увеличение экспрессии гена TAT, вовлеченного в один из путей синтеза RA. Содержание флавоноидов, антоцианов и растворимого белка в проростках значительно снижалось (за исключением проростков, обработанных в течение 8 ч Cu2+ в концентрации 20 и 30 мкМ). Содержание RA и экспрессия гена ТАТ значительно снизились при максимальной концентрации Cu2+ и длительном воздействии (16 ч). Одновременно в этих проростках мы отмечали повышение активности супероксиддисмутазы и пероксидазы. Последнее может указывать на то, что более низкие концентрации Cu2+ вызывают окислительный стресс, активные формы кислорода (АФК), которые выполняют роль сигнальных молекул, накапливаются, и из-за их положительного воздействия на экспрессию гена ТАТ образуется больше RA. Напротив, при самой высокой концентрации ионов меди АФК подавляли экспрессию гена ТАТ и тем самым предотвращали деградацию продукта гена.
Ключевые слова: антиоксидантный фермент, Melissa officinalis, розмариновая кислота, тирозинаминотрансфераза, флавоноиды, антоцианы, супероксиддисмутаза, каталаза, пероксидаза.
COPPER ION INDUCED PRODUCTION OF ROSMARINIC ACID IN LEMON BALM (Melissa officinalis L.) SEEDLINGS
K. Esmaeilzadeh-Salestani1, 5 ✉, A. Riahi-Madvar2, 3, M.A. Maziyar4,
B. Khaleghdoust5, E. Loit5
Rosmarinic acid (RA), one of the most important active ingredients of lemon balm (Melissa officinalis L.), exhibits antiviral, antibacterial, antioxidative and anticancer properties. Furthermore, it can improve functionality in baking process. Cu acts as a cofactor of several proteins and plays a key role in photosynthesis, respiration, lignin synthesis, response to oxidative stress and cell wall metabolism, but can be toxic to plants in high concentrations. We hypothesized that abiotic stresses, as one of the external factors inducing the defense mechanism of plants, may contribute to the production of secondary metabolites, especially RA, in representatives of the Lamiaceae family. In current study, RA accumulation, expression of tyrosine aminotransferase gene (TAT), contents of flavonoid and anthocyanin as well as antioxidant enzymes activities were investigated in 45-day-old M. officinalis seedlings after treatment with different concentrations of Cu2+ (0, 5, 10, 20, and 30 mM). Samples were collected and analyzed after 8 and 16 hours of treatment. Lower concentrations of Cu2+ positively affected RA accumulation at both aforementioned treatment times, which is consistent with the increase in TAT gene expression profile. Flavonoid, anthocyanin and soluble protein contents of the seedlings significantly decreased (except at 20 and 30 µM Cu2+-treated seedlings after 8 hours). RA content and expression of TAT gene decreased significantly at the highest concentration of Cu2+ for 16 hours. Concurrently, elevated levels of superoxide dismutase and peroxidase activities were measured in these seedlings. Latter can indicate that lower concentrations of Cu2+ cause oxidative stress. Reactive oxygen species (ROS), which act as signal molecules, are accumulated and due to their positive effects on the expression of TAT gene more RA is produced. In contrast, at the highest concentration of copper ions, ROS suppressed TAT gene expression and prevented the degradation of the gene product.
Keywords: antioxidant enzyme, superoxide dismutase, catalase, peroxidase, Melissa officinalis, rosmarinic acid, flavonoids, anthocyanins, tyrosine aminotransferase.
1Department of Biotechnology, |
Поступила в редакцию |
