The effect of the hormonal composition of the nutrient medium and endogenous polyphenols on the formation of callus tissue Ipomoea batatas (L.)

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

Relevance. Ipomoea batatas (L.) is a valuable agricultural crop, in the tubers of which inulin accumulates, a natural polysaccharide that has no synthetic analogues. Market analysis shows that, as a rule, in the production of functional food products, Russian manufacturers use imported inulin. Currently, globalization, the information revolution, as well as the sanctions policy have exacerbated significant problems of the world economy, which increases the relevance of import substitution of a number of goods and products. It is known that cold stress is one of the main environmental factors limiting agricultural production. Low positive temperatures have a negative impact on the growth, development, productivity and yield of I. batatas (L.) plants. It is possible to create such plants using cell biotechnology methods, in particular, in vitro cell selection, which is carried out on a callus culture.

Purpose of the study. To study the effect of the hormonal composition of the nutrient medium and endogenous polyphenols on the formation of the callus tissue of sweet potatoes (I. batatas (L.)) in vitro.

Material and methods. The object of the study were three varieties of I. batatas (L.) (Purple, Jewel, Porto Rico). Callus tissue was obtained from segments of leaf blades and stem internodes, which were isolated from aseptic sweet potato plants. Explants were cultured on MS nutrient medium containing BAP 0.5 mg/l and 1 mg/l NAA/IAA/2,4-D. The localization of phenolic compounds was studied in leaves, stems, and apical buds of microclones. In addition, localization was studied in the callus tissue obtained on different auxins. Histochemical methods were used for this. For the amount of phenolic compounds, the material was stained with 0.08% Fast Blue reagent raster. To study the localization of flavans (catechins and proanthocyanidins), a reaction with a vanillin reagent in hydrochloric acid vapors was used.

Results. It was found that the auxins used had a significant effect on the intensity of callus tissue formation, its consistency and color. A well-proliferating callus tissue of light yellow color was obtained on a medium with NAA, a dense, green rhizogenic callus tissue was formed on a medium with IAA, and a dark brown tissue was formed on a medium with 2,4-D, which died during cultivation. As a rule, callus tissue was formed in those places where the formation and localization of phenolic compounds was insignificant.

Conclusion. It was found that in callus cultures initiated from leaf plates and grown on a nutrient medium with NAA, the content of cells with phenolic compounds was less than that of callus obtained from leaf plates as well, but on a medium with 2,4-D.

Sobre autores

E. Kalashnikova

Russian State Agrarian University - Moscow Agricultural Academy named after K.A. Timiryazeva

Autor responsável pela correspondência
Email: kalash0407@mail.ru

Dr.Sc. (Biol.), Professor, Department of Biotechnology

Rússia, Moscow

R. Kirakosyan

Russian State Agrarian University - Moscow Agricultural Academy named after K.A. Timiryazeva

Email: mia41291@mail.ru

Ph.D. (Biol.), Associate Professor, Department of Biotechnology

Rússia, Moscow

H. Abubakarov

Russian State Agrarian University - Moscow Agricultural Academy named after K.A. Timiryazeva

Email: khrpo95@mail.ru

Post-graduate Student, Associate Professor, Department of Biotechnology

Rússia, Moscow

S. Zaitseva

Russian State Agrarian University - Moscow Agricultural Academy named after K.A. Timiryazeva

Email: smzaytseva@yandex.ru

Ph.D. (Biol.), Associate Professor, Department of Biotechnology

Rússia, Moscow

Bibliografia

  1. Franck A. Technological functionality of inulin and oligofructose. Br. J. Nutr. 2002; 87: S287–S291.
  2. Kumar J., Rani K., Datt C. Molecular link between dietary fibre, gut microbiota and health. Mol. Biol. Rep. 2020; 47: 6229–6237.
  3. Sabater-Molina M., Larqué E., Torrella F., Zamora S. Dietary fructooligosaccharides and potential benefits on health. J. Physiol. Biochem. 2009; 65: 315–328.
  4. Ahmed W., Rashid S. Functional and therapeutic potential of inulin: A comprehensive review. Crit. Rev. Food Sci. Nutr. 2019; 59: 1–13.
  5. Saeed F., Pasha I., Arshad M.U., Anjum F.M., Hussain S., Rasheed R., Nasir M.A., Shafique B. Physiological and nutraceutical perspectives of fructan. Int. J. Food Prop. 2015; 18: 1895–1904.
  6. Shoaib M., Shehzad A., Omar M., Rakha A., Raza H., Sharif H.R., Shakeel A., Ansari A., Niazi S. Inulin: Properties, health benefits and food applications. Carbohydr. Polym. 2016; 147: 444–454.
  7. Shang H.M., Zhou H.Z., Yang J.Y., Li R., Song H., Wu H.X. In vitro and in vivo antioxidant activities of inulin. PLoS ONE. 2018; 13: 19–22.
  8. Namanda S., Gibson R.W., Kirimi S. Sweet potato seed systems in Uganda, Tanzania and Rwanda. Journal of Sustainable Agriculture. 2011; 35: 870–884.
  9. Ogero K.O., Gitonga N.M., Mwangi M., Ombori O., Ngugi M. A low-cost medium for sweet potato micro propagation. African Crop Science Conference Proceedings. 2011; 10: 57–63.
  10. Chaum S., Kirdmanee C. Diseases free production of sugarcane varieties (Saccharum officinarum L.) using in vitro meristem culture. Biotechnology. 2006; 5(4): 443–448.
  11. Doliñski R., Olek O. Micropropagation of sweet potato (Ipomoea batatas (L.) Lam.) from node explants. Acta Sci Pol., Hortorum Cultus. 2013; 12(4): 117–127.
  12. Liu Q.C., Zhai H., Wang Y., Zhang D.P. Efficient plant regeneration from embryonic suspension cultures of sweet potato. In Vitro Cell Developmental Biology-Plant. 2001; 37: 564–567.
  13. Murashige T., Skoog F. A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures. Physiol. Plant. 1962; 15: 473–497.
  14. Soukupova J., Cvikrova M., Albrechtova J., Rock B.N., Eder J. Histochemical and Biochemical Approaches to the Study of Phenolic Compounds and Peroxidases in Needles of Norway Spruce (Picea abies). New Phytol. 2000; 146: 403–414.
  15. Lakin G.F. Biometrija: ucheb. posobie dlja biol. spec. vuzov. M.: Vysshaja shkola. 1990. 352 s.
  16. Dubravina G.A., Zajceva S.M., Zagoskina N.V. Izmenenija v obrazovanii i lokalizacii fenol'nyh soedinenij pri dedifferenciacii tkanej tissa jagodnogo i tissa kanadskogo v uslovijah in vitro. Fiziologija rastenij. 2005; 52: 755–762.
  17. Zaprometov M.N. Fenol'nye soedinenija i ih rol' v zhizni rastenija. LVI Timirjazevskie chtenija. M.: Nauka. 1996. 45 s.
  18. Tulupova E.S., Ostrozhenkova E.G., Slepjan., Sakanjan E.I. Vlijanie razlichnyh citokininov na rost selektivnyh shtammov Panax ginseng S.A.Meu i Panax quinquefolius L. s germatranom Lx 5 i soderzhanie v nih glikozidov. Biotehnologija. 2002; 3: 30–36.
  19. Kalashnikova, E.A., Zajceva S.M., Doan Thu Thui, Kirakosjan R.N. Vlijanie reguljatorov rosta na morfogeneticheskuju aktivnost' jeksplanotov Dioscorea nipponica Makino i obrazovanie polifenolov. Mezhdunarodnyj nauchno-issledovatel'skij zhurnal. 2020; 6-2(96): 6–11.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
2. Fig.1

Baixar (41KB)
3. Fig.2

Baixar (60KB)
4. Fig.3

Baixar (47KB)
5. Figure 1. Formation of primary callus tissue at wound sites: a–c – leaf, d–f – stem (a, e – cultivar Jewel, c, d – cultivar Porto Rico; b, f – cultivar Purple)

Baixar (270KB)
6. Figure 2. Localization of phenolic compounds in (a) meristematic and (b–c) conductive tissues of I. batatas used as explants for initiating callus cultures

Baixar (140KB)
7. Figure 3. Formation of callus tissue on nutrient media with different contents of auxins: a - IAA, b - NAA, c - 2,4-D

Baixar (152KB)
8. Figure 4. Cells of callus tissue obtained on a nutrient medium with NAA (a) and 2,4-D (b)

Baixar (141KB)
9. Figure 5. Rooting from callus tissue cultured on MS medium with BAP 1 mg/l and IAA 0.5 mg/l

Baixar (95KB)
10. Figure 6. Appearance of non-morphogenic callus tissue obtained on a medium with NAA 0.5 mg/l in combination with BAP 1 mg/l: a - Porto Rico variety, b - Purple variety

Baixar (142KB)
11. Figure 7. Callus tissue: a - obtained on a medium with NAA (Purple variety); b - localization of polyphenols during the initiation of the primary callus on the explant; c – localization of flavans in callus tissue; d, e – reaction to the total content of phenolic compounds with Fast blue reagent

Baixar (237KB)
12. Figure 8. Localization of phenolic compounds in callus tissue cultured on a medium containing 2,4-D in epiblasts (a, b) and intercellular spaces (b, c)

Baixar (133KB)
13. Figure 9. Callus tissue obtained on a medium containing 2,4-D (a), localization of phenolic compounds in non-viable callus tissue (b, c)

Baixar (160KB)
14. Figure 10. Callus tissue obtained on a medium with IAA (a), reaction with vanillin reagent for the presence of flavans in callus tissue (b), localization of flavans in the zone of rhizogenesis of callus tissue (c), localization of flavans in the cell walls of microroots (G)

Baixar (162KB)

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».