Respuestas de castilleja tenuiflora benth. cultivada in vitro a la elicitación con quitosano: crecimiento y perfil químico

Abstract

RESUMEN: Castilleja tenuiflora Benth. es una planta medicinal mexicana empleada para el tratamiento de enfermedades gastrointestinales, golpes y síntomas asociados con el cáncer. Su uso en la medicina tradicional está asociado con los metabolitos secundarios que produce, entre los compuestos identificados están los iridoides glicosilados y compuestos fenólicos (feniletanoides, flavonoides y lignanos). Los cultivos in vitro de C. tenuiflora sintetizan una menor cantidad de estos compuestos que las plantas silvestres, sin embargo, se han empleado estrategias como la elicitación para potenciar su biosíntesis. El quitosano es un elicitor biótico con funciones biológicas que dependen del tamaño y grado de desacetilación de su molécula. Esta caracteristica ha producido en diferentes especies vegetales un efecto positivo o negativo en el crecimiento y mayor acumulación de terpenos y compuestos fenólicos. El objetivo del trabajo fue analizar el efecto del quitosano sobre el crecimiento y perfil químico de cultivos in vitro de C. tenuiflora. Se realizaron cinco tratamientos: quitosano de bajo peso molecular a 50 y 100 mg/L (QBPM50 y QBPM100), quitosano de medio peso molecular a 100 mg/L (QMPM100) y quitosano de alto peso molecular a 50 y 100 mg/L (QAPM50 y QAPM100). Después de 21 días de cultivo en biorreactores de inmersión temporal (BIT) se midieron variables de respuesta de crecimiento y desarrollo, y posteriormente se determinó el perfil químico de los cultivos elicitados y sin elicitar (control), así como la cuantificación de verbascósido e isoverbascósido. El quitosano tuvó un efecto negativo en la eficiencia de formación de raíz (EFR) y en la longitud de la raíz (LR) en comparación con el control, mientras que en la longitud de brote (LB), y biomasa fresca (BF) y seca (BS) no hubo una diferencia estadísticamente significativa. La diversidad de compuestos presentes en el perfil químico de los tratamientos en comparación con el control se modificó con la elicitación con quitosano. También se identificaron tres feniletanoides (hidroxiverbascósido, galypumoside A y oxoverbascósido) en extractos metanólicos. El tratamiento de QBPM100 indujo una mayor acumulación de feniletanoides respecto a los demás tratamientos y control con 48.0 ± 1.4 mg/g de BS de isoverbascósido en la hoja, 33.1 ± 0.3 mg/g de BS en tallo y 34.3 ± 2.9 mg/g de BS en la raíz. El verbascósido también se acumuló en los tres órganos pero en una cantidad menor <1.0 mg/g de BS. En conclusión el quitosano tiene la capacidad de estimular la biosíntesis de metabolitos secuendarios en C. tenuiflora cultivada en BIT. El tipo de estímulo que produce es dependiente de las características de la estructura de su molécula. ABSTRACT: Castilleja tenuiflora Benth. is a mexican medicinal plant used for the treatment of gastrointestinal diseases, strokes and symptoms associated with cancer. Its use in traditional medicine is associated with the secondary metabolites it produces, among the compounds identified are glycosylated iridoids and phenolic compounds (phenylethanoids, flavonoids and lignans). In vitro cultures of C. tenuiflora synthesize fewer of these compounds than wild plants, however, strategies such as elicitation have been used to enhance their biosynthesis. Chitosan is a biotic elicitor with biological functions that depend on the size and degree of deacetylation of its molecule. This characteristic has produced in different plant species a positive or negative effect on the growth and greater accumulation of terpenes and phenolic compounds. The objective of the work was to analyze the effect of chitosan on the growth and chemical profile of in vitro cultures of C. tenuiflora. Five treatments were carried out: low molecular weight chitosan at 50 and 100 mg/L (QBPM50 and QBPM100), medium molecular weight chitosan at 100 mg/L (QMPM100) and high molecular weight chitosan at 50 and 100 mg/L (QAPM50 and QAPM100). After 21 days of culture in temporary immersion bioreactors (BIT) growth and development response variables were measured, and the chemical profile of the elicited and elicited cultures (control) was then determined, as well as the quantification of verbascoside and isoverbascoside. Chitosan had a negative effect on root formation efficiency (EFR) and root length (LR) compared to control, while on shoot length (LB), and fresh weight (BF) and dry weight (BS) there was no statistically significant difference. The diversity of compounds present in the chemical profile of the treatments compared to the control was modified with the elicitation with chitosan. Three phenylethanoids (hydroxyverbascoside, galypumoside A and oxoverbascoside) were also identified in methanolic extracts. The treatment of QBPM100 induced a higher accumulation of phenylethanoids compared to the other treatments and control with 48.0 ± 1.4 mg/g isoverbascoside BS in the leaf, 33.1 ± 0.3 mg/g BS in stem and 34.3 ± 2.9 mg/g BS at the root. Verbascoside also accumulated in the three organs but in an amount less than 1.0 mg/g BS. In conclusion, chitosan has the ability to stimulate the biosynthesis of secondary metabolites from C. tenuiflora grown in BIT. The type of stimulus that it produces is dependent on the characteristics of the structure of its molecule.