Inducción in vitro de haustorios en raíces de Castilleja tenuiflora Benth. y evaluación de los compuestos bioactivos Público Deposited
Castilleja tenuiflora Benth. (Orobanchaceae) is a species of plant hemiparasita of medicinal use; presents biological activities (cytotoxic, anti-inflammatory and anti-ulcerogenica), which are attributable to iridoides and type phenolic compounds such as flavonoids and feniletanoides. In the presence of phenolic compounds, flavonoids, quinones, etc (present in root exudates of host plants) C. tenuiflora develops a structure called for haustorium through which interference to other plant species at the level of the roots. The process of formation of haustoria is complex, involves molecular events, biochemical and anatomical that have not been fully clarified. Begins with the recognition (by the parasitic plant) of chemical signals in the host along with reactions of oxidation-reduction. In these reactions, the hydrogen peroxide (H2O2) is a molecule essential. Given its complexity, the research in natural conditions haustoria are limited so it has resorted in vitro culture and the implementation of a series of chemical compounds which are called factors of induction of haustoria (FIHs). Plant species in which it has achieved the induction of haustoria are scarce and there is no information on studies in which the parasitic plant biotechnology has a value. Also, there are still questions remain about the relationship between the FIHS and the secondary metabolism of the parasite or anatomical formed haustoria characterization in vitro conditions. Moreover, despite its crucial role in signaling induction haustorio, H2O2 has not been tested as FIHS. On the other hand, in spite of its fundamental role in the signaling of the induction of for haustorium, the H2O2 has not been tested as FIHs. Therefore, the objective of the work was to induce in vitro haustorium of Castilleja tenuiflora Benth roots and evaluate the effect of induction factors haustorios (FIHS) on the production of bioactive compounds. The biological systems evaluated were: substrate (in a relationship C. tenuiflora-Zea mays), hydroponics (applying FIHS) in liquid medium (applying FIHS) system and semisolid system and the latter being the most favorable for the induction of haustoria. The biological system is established for inducing FIHS haustoria and evaluated as follows: catechin, vanillin and H2O2 (10, 25 and 50 µM). Of the three compounds vanillin, catechin and H2O2, The vanillin was the best FIHs in roots of C. tenuiflora inducing 3 haustoria/root, laterally developed at 14 days after the compound was applied. Using histology as a tool, it is noted the characteristics of a haustorium as the elongation of the cells in the epidermis and a process for the division of the cells of the inner bark where they could observe the presence of abundant cores (nucleated area) were observed primarily in the meristematic region. The histochemical analysis indicated that the formation of haustoria is associated with the accumulation of H2O2 and flavonoids. According to the phytochemical analysis of C. tenuiflora plants treated with FIHS, the concentration of total phenols of the aerial part was similar in control and the samples with vanillin and the concentration of total phenols in root was higher in the control than in treatments (of the concentrations) with vanillin. While the concentration of flavonoids in root was higher with vanillin to 25 µm. The analysis of LC-MS (ESI), reported the presence of loganico acid, verbascosido, apigenin and unidentified compound. The highest concentration of apigenin was found in the aerial part (also compared with the result obtained in root) of the plants of C. tenuiflora but higher in the treatment with 25 µM of vanillin (37.3 mg apigenina/g of extract). Therefore, in this work was induced the formation of haustoria in C. tenuiflora under in vitro conditions without the presence of a host and using vanillin (25 µM), noting with this same an effect on the production of bioactive compounds.
Castilleja tenuiflora Benth. (Orobanchaceae) es una especie vegetal hemiparásita de uso medicinal; presenta actividades biológicas comprobadas (citotóxica, anti-inflamatoria y anti-ulcerogénica), mismas que son atribuibles a iridoides y compuestos de tipo fenólico como flavonoides y feniletanoides. En presencia de compuestos fenólicos, flavonoides, quinonas, etc (presentes en exudados de raíz de plantas hospederas) C. tenuiflora desarrolla una estructura denominada haustorio por medio de la cual parasita a otras especies vegetales a nivel de las raíces. El proceso de formación de haustorios es complejo, involucra eventos moleculares, bioquímicos y anatómicos que no han sido completamente esclarecidos. Inicia con el reconocimiento (por parte de la planta parásita) de señales químicas del hospedero junto con reacciones de óxido-reducción. En estas reacciones, el peróxido de hidrógeno (H2O2) es una molécula fundamental. Dada su complejidad, las investigaciones sobre los haustorios en condiciones naturales son escasas por lo que se ha recurrido al cultivo in vitro y a la aplicación de una serie de compuestos químicos a los que se les denomina factores de inducción de haustorios (FIHs). Las especies vegetales en las que se ha logrado la inducción de haustorios son escasas y no existen antecedentes sobre estudios en los que la planta parásita tiene un valor biotecnológico. Asimismo, persisten preguntas sobre la relación entre los FIHs y el metabolismo secundario de la parásita o, la caracterización anatómica del haustorio formado en condiciones in vitro. Por otra parte, a pesar de su papel fundamental en la señalización de la inducción del haustorio, el H2O2 no ha sido probado como FIHs. Por lo anterior, el objetivo del trabajo fue “Inducir in vitro haustorios en raíces de Castilleja tenuiflora Benth. y evaluar el efecto de factores de inducción de haustorios (FIHs) sobre la producción de compuestos bioactivos”. Se estableció el sistema biológico para inducir los haustorios y se evaluaron los siguientes FIHs: catequina, vanillina y H2O2 (10, 25 y 50 µM). Los sistemas biológicos evaluados fueron: en sustrato (en una relación C. tenuiflora-Zea mays), en hidroponía (aplicando FIHs), en medio líquido (aplicando FIHs) y el sistema semisólido siendo este último el más favorable para la inducción de haustorios. De los tres compuestos vanillina, catequina y H2O2, la vanillina fue el mejor FIHs en raíces de C. tenuiflora induciendo 3 haustorios/raíz, desarrollados en de forma lateral a los 14 días de que se aplicó el compuesto. Utilizando la histología como una herramienta, se observaron las características propias de un haustorio como el alargamiento de las células de la epidermis y un proceso de división de las células de la corteza interna donde se pudo observar la presencia de abundantes núcleos (zona nucleada) principalmente en la zona meristemática. El análisis histoquímico indicó que la formación de haustorios está asociado con la acumulación de H2O2 y flavonoides. De acuerdo con el análisis fitoquímico de las plantas de C. tenuiflora tratadas con los FIHs, la concentración de fenoles totales de la parte aérea fue similar en el control y las muestras con vanillina y la concentración de fenoles totales en raíz fue mayor en el control que en los tratamientos (de tres concentraciones) con vanillina. Mientras que, la concentración de flavonoides en raíz fue mayor con vanillina a 25 µM. El análisis de LC-MS (ESI), reportó la presencia de ácido logánico, verbascósido, apigenina y un compuesto no identificado. La mayor concentración de apigenina se encontró en la parte aérea (comparada también con lo obtenido en raíz) de las plantas de C. tenuiflora pero mayor en el tratamiento con 25 µM de vanillina (37.3 mg apigenina/g de extracto). Por lo tanto, en este trabajo se indujo la formación de haustorios en C. tenuiflora en condiciones in vitro sin la presencia de un hospedero y utilizando vanillina (25 µM), observando con esta misma un efecto sobre la producción de compuestos bioactivos.
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