Estudio de la influencia de factores bióticos y abióticos en la acumulación de compuestos fenólicos en raíces transformadas de E. platyacanthus y T. lophophoroides

Abstract

RESUMEN Las especies de Echinocactus platyacanthus Link & Otto y Turbinicarpus lophophoroides (Werderm.) Buxb. & Backeb pertenecen a la familia Cactaceae, son de importancia por su uso medicinal, ornamental y alimenticio. Estas especies están sujetas a protección especial por la NOM-059-SEMARNAT-2010. Las técnicas de cultivos de células y tejidos vegetales in vitro favorecen el crecimiento de especies libres de microorganismos, independiente de las condiciones ambientales y permiten contar continuamente con material vegetal para el análisis de compuestos de interés. El objetivo general fue evaluar la influencia de moléculas inductoras del estrés biótico y abiótico en la acumulación de compuestos fenólicos en cultivos de raíces transformadas de E. platyacanthus y T. lopophoroides; como objetivos particulares, se analizó la producción de biomasa de raíces transformadas de E. platyacanthus y T. lopophoroides en medio Murashige and skoog (MS) y Gamborg B5 (B5), así como se aisló, identificó y cuantificó el feruloil-glucosido por técnicas cromatográficas y espectroscópicas en los extractos metanólicos de brotes y raíces transformadas de las dos especies, cultivadas en condiciones in vitro. La mayor producción de biomasa de las raíces transformadas de T. lopophoroides cultivadas en medio MS fue de 13.67 g L-1 en base seca a los 77 días de cultivo y en medio B5 fue 8.10 g L-1 a los 56 días de cultivo. Se aisló e identificó el feruloil-glucosido por resonancia magnética nuclear (RMN) y espectrometría masas en los extractos metanólicos de raíces transformadas de T. lopophoroides. Se cuantificó el feruloil-glucosido (FG) en los brotes y raíces transformadas de T. lophophoroides por cromatografía líquida de alta resolución. El contenido de dicho compuesto en raíces transformadas en medio de cultivo MS fue de 2.7267  0.041 mg/g de biomasa seca/L y en medio de cultivo B5 fue de 2.4372  0.026 mg/g de biomasa seca/L y no se detectó presencia del FG en los brotes. Se determinó el contenido de FG en raíces transformadas de ambas especies expuestas a tres moléculas inductoras de estrés biótico: ácido salicílico (AS), metil jasmonato (MJ) y quitosano (Q) y una molécula de estrés abiótico: ácido abscísico (AA). En todos los tratamientos de estrés la acumulación de compuestos fenólicos fue menor en comparación con el testigo. Los cultivos de raíces transformadas son una alternativa para la obtención de metabolitos secundarios. El feruloil-glucósido es un agente con propiedades antidiabética y hepatoprotectiva, así como de blanqueamiento y se ha identificado por primera vez en T. lophophoroides.

ABSTRACT Echinocactus platyacanthus Link & Otto and Turbinicarpus lophophoroides (Werderm.) Buxb. & Backeb belong to Cactaceae family, these species are important because of its medicinal, ornamental and nutritional uses. These species are subjected to special protection by NOM-059-SEMARNAT-2010. In vitro plant cell and tissue culture techniques improve microorganism-free growth, independent of environmental conditions and allow to count with enough material plant for the analysis of interesting compounds. The main objective was to evaluate the influence of biotic and abiotic stress inducing molecules in the accumulation of phenolic compounds in E. platyacanthus hairy roots and T. lophophoroides hairy roots; as particular objetives, it was analyzed biomass production of Echinocactus platyacanthus hairy roots and Turbinicarpus lophophoroides hairy roots in Murashige and Skoog (MS) and Gamborg B5 (B5) mediums, as well as feruloyl-glucoside was isolated, identified and quatified by chromatographic and spectroscopic techniques from methanolic extracts of hairy roots of both in vitro cultured species. The highest biomass production of T.lophophoroides hairy roots cultured in MS medium was 13.67 gL-1 dry weigth base at day 77 of culture, in other side, B5 medium was 8.10 g L-1 at day 56 of culture. The feruloyl-glucoside was insolated and identified by Nuclear Magnetic Resonance (NMR) and mass spectrometry in methanolic extracts of T. lophophoroides hairy roots. Feruloyl glucoside (FG) was quantified in T. lophophoroides shoots and hairy roots by high performance liquid chromatography. The content of this compound in hairy roots in MS culture medium was 2.7267 + 0.041 mg/ g of dry biomass/L and in B5 medium was 2.4372+ 0.026 mg/ g of dry biomass/L and the presence of feruloyl-glucoside was not detected in the shoots.Content of FG was analyzed in hairy roots of both species exposed to three biotic stress inducing molecules: salicylic acid (AS), methyl jasmonate (MJ) and chitosan (Q) and an abiotic stress inducing molecule: abscisic acid (AA). In every stress treatment the accumulation of phenolic compounds was lower than control test. Hairy roots cultures are a source of secundary metabolites. Feruloyl glucoside is a compound with antidiabetic and hepatoprotective activities, as well as a compound with whitening propierties that has been identified for the first time in T. lophophoroides.