Анатомия, уровень плоидности и компонентный состав эфирного масла Hyssopus officinalis ʻНикитский белыйʼ in vitro и ex situ

Актуальность. Получение идентичных растений при использовании клонального микроразмножения является первостепенной задачей , особенно среди лекарственных культур. Поскольку для Hyssopus officinalis L. сведения о структуре органов in vitro, генетической стабильности и компонентном составе эфирного масла ограничены, целью нашего исследования было изучение данных аспектов при непродолжительном сроке культивирования in vitro.

Материалы и методы. В качестве материала использовали Hyssopus officinalis ʻНикитский Белыйʼ, культивируемый ex situ, in vitro и ex vitro. Исследование анатомии, плоидности, относительного содержания ДНК, извлечение и анализ эфирного масла осуществляли согласно общепринятым методам. Статистический анализ проводили с использованием программного обеспечения Past версии 4.03.

Результаты. Согласно полученным результатам, при введении в состав питательной среды МС 6-БАП в оптимальных концентрациях (0,3–0,5 мг/л) общая структура листовых пластинок микропобегов, в сравнении с таковыми ex situ, сохранялась, при этом наблюдали качественные и количественные изменения, связанные с условиями культивирования и омоложением материала. Анализ уровня плоидности и относительного содержания ДНК ядер, выделенных из клеток тканей листьев микропобегов ex vitro после адаптации, выявил отсутствие изменений . Массовая доля эфирного масла и его компонетный состав у материнских растений и регенерантов ex vitro были подобными.

Заключение. Культивирование микропобегов Hyssopus officinalis ʻНикитский Белыйʼ in vitro на питательной среде МС при введении оптимальных концентраций 6-БАП способствует их нормальному развитию, сохранению уровня плоидности, относительного содержания ДНК, а также не влияет на выход эфирного масла и его компонентный состав. Разработанный протокол для клонального микроразмножения Hyssopus officinalis ʻНикитский Белыйʼ обеспечивает получение клонов, идентичных растениям ex situ.

1. Abdolinejad R., Shekafandeh A., Jowkar A., Gharaghani A., Alemzadeh A. Indirect regeneration of Ficus carica by the TCL technique and genetic fidelity evaluation of the regenerated plants using flow cytometry and ISSR. Plant Cell, Tissue and Organ Culture. 2020;143(1):131-144. DOI: 10.1007/s11240-020-01903-5

2. Adams R.P. Identification of essential oil components by gas chromatography/quadrupole mass spectrometry. 4th ed. Carol Stream, IL: Allured Publishing Corporation; 2007.

3. Ai X.,Wen Y.,Wang B. Assessment of genetic stability on in vitro propagation of Ardisia crenata var. bicolor using ISSR markers. International Journal of Plant Biology. 2023;14(1):218-227. DOI: 10.3390/ijpb14010018

4. Allahverdi-Mamaghani B., Hesamzadeh Hejazi S.M., Mirza M., Movafeghi A. Comparison of essential oils composition between in-vitro plantlets and greenhouse plants from various populations of Dracocephalum kotschyi Boiss. Journal of Medicinal Plants and By-products. 2022;11(2):219-230. DOI: 10.22092/jmpb.2021.353864.1343

5. Apóstolo N.M., Brutti C.B., Llorente B.E. Leaf anatomy of Cynara scolymus L. in successive micropropagation stages. In Vitro Cellular and Developmental Biology – Plant. 2005;41(3):307- 313. DOI: 10.1079/IVP2004606

6. Bulavin I., Brailko V., Zhdanova I. In vitro rhizogenesis of the Lavandula angustifolia cultivars. BIO Web of Conferences. 2020;24:00017. DOI: 10.1051/bioconf/20202400017

7. Bulavin I.V., Ivanova N.N., Mitrofanova I.V. In vitro regeneration of Hyssopus officinalis L. and plant genetic similarity. Doklady Biological Sciences. 2021;499(1):109-112. DOI: 10.1134/S0012496621040013

8. Catalano C., Carra A., Carimi F., Motisi A., Sajeva M., Butler A. et al. Somatic embryogenesis and flow cytometric assessment of nuclear genetic stability for Sansevieria spp.: an approach for in vitro regeneration of ornamental plants. Horticulturae. 2023;9(2):138. DOI: 10.3390/horticulturae9020138

9. Çetin B. Evaluation of the genetic fidelity of in vitro raised plants of Origanum majorana L. using random amplified polymorphic DNA. Celal Bayar University Journal of Science. 2018;14(2):237-239. DOI: 10.18466/cbayarfbe.406873

10. Duta-Cornescu G., Constantin N., Pojoga D.M., Nicuta D., SimonGruita A. Somaclonal variation – Advantage or disadvantage in micropropagation of the medicinal plants. International Journal of Molecular Sciences. 2023;24(1):838. DOI: 10.3390/ijms24010838

11. Fritsche Y., Deola F., da Silva D.A., Holderbaum D.F., Guerra M.P. Cattleya tigrina (Orchidaceae) in vitro regeneration: mainfactors for optimal protocorm-like body induction and multiplication, plantlet regeneration, and cytogenetic stability. South African Journal of Botany. 2022a;149:96-108. DOI: 10.1016/j.sajb.2022.05.059

12. Fritsche Y., Ornellas T.S., Stefenon V.M., Guerra M.P. Ploidy mosaics: does endopolyploidy in explants affect the cytogenetic stability of orchids regenerated from PLBs? Plant Cell, Tissue and Organ Culture. 2022b;149(3):697-713. DOI: 10.1007/s11240-022-02238-z

13. Гребенникова О.А., Палий А.Е., Хлыпенко Л.А., Работягов В.Д. Биологически активные вещества Hyssopus officinalis L. Орбиталь. 2017;(1):21-28.

14. Guedes A.P., Amorim L.R., Vicente A.M.S., Ramos G., FernandesFerreira M. Essential oils from plants and in vitro shoots of Hypericum androsaemum L. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2003;51(5):1399-1404. DOI: 10.1021/jf020872f

15. Hammer Ø., Harper D.A.T., Ryan P.D. PAST: paleontological statistics software. Package for education and data analysis. Palaeontologia Electronica. 2001;4(1):4. Available from: http://palaeo-electronica.org/2001_1/past/past.pdf [accessed Jan. 26, 2023].

16. Калиниченко Л.В., Маланкина Е.Л., Пржевальский Н.М., Е.Н. Рожкова, А.П. Грязнов. Как повысить укореняемость иссопа. Картофель и овощи. 2013;(8):18-19.

17. Kuźma Ł; Kalemba D., Różalski M., Różalska B., Więckowska-Szakiel M., Krajewska U. et al. Chemical composition and biological activities of essential oil from Salvia sclarea plants regenerated in vitro. Molecules. 2009;14(4):1438- 1447. DOI: 10.3390/molecules14041438

18. Loureiro J., Rodriguez E., Doležel J., Santos C. Two new nuclear isolation buffers for plant DNA flow cytometry: a test with 37 species. Annals of Botany. 2007;100(4):875-888. DOI: 10.1093/aob/mcm152

19. Luczkiewicz M., Jesionek A., Kokotkiewicz, A., Migas P., Mardarowicz M., Szreniawa-Sztajnert A. et al. Production of essential oils from in vitro cultures of Caryopteris species and comparison of their concentrations with in vivo plants. Acta Physiologiae Plantarum. 2015;37(3):58. DOI: 10.1007/s11738-015-1804-0

20. Manokari M., Priyadharshini S., Shekhawat M.S. Microstructural stability of micropropagated plants of Vitex negundo L. Microscopy and Microanalysis. 2021;27(3):626- 634. DOI: 10.1017/S1431927621000283

21. Martins J.P.R., Rodrigues L.C.D.A., Conde L.T., Gontijo A.B.P.L., Falqueto A.R. Anatomical and physiological changes of in vitro-propagated Vriesea imperialis (Bromeliaceae) in the function of sucrose and ventilated containers. Plant Biosystems. 2020;154(1):87-99. DOI: 10.1080/11263504.2019.1635223

22. Maslova E., Gulya N., Perelugina T., Semykina V., Kalashnikova E. Introduction of Hyssopus officinalis L. into in vitro culture to optimize the conditions for obtaining callus tissues and microclonal propagation as a promising method of innovative agrobiotechnologies. BIO Web Conferences. 2021;30:05006. DOI: 10.1051/bioconf/20213005006

23. Mitrofanova I., Tsyupka V., Jain S.M. Morpho-anatomical characterization of in vitro regenerated plants. In: A.C. Rai, A. Kumar, A. Modi, M. Singh (eds). Advances in Plant Tissue Culture. Current Developments and Future Trends. Cambridge, MA: Academic Press; 2022. p.175-204.

24. Mitrofanova I.V., Lesnikova-Sedoshenko N.P., Chelombit S.V., Zhdanova I.V., Ivanova N.N., Mitrofanova O.V. The effect of plant growth regulators on the in vitro regeneration capacity in some horticultural crops and rare endangered plant species. Acta Horticulturae. 2022;1339:189-191. DOI: 10.17660/ActaHortic.2022.1339.24

25. Neelakandan A.K, Wang K. Recent progress in the understanding of tissue culture-induced genome level changes in plants and potential applications. Plant Cell Reports. 2012;31(4):597-620. DOI: 10.1007/s00299-011-1202-z

26. Plugatar Y.V., Bulavin I.V., Ivanova N.N., Miroshnichenko N.N., Saplev N.M., Shevchuk O.M. et al. Study of the component composition of essential oil, morphology, anatomy and ploidy level of Hyssopus officinalis f. cyaneus Alef. Horticulturae. 2023;9(4),480. DOI: 10.3390/horticulturae9040480

27. Raji M.R., Farajpour M. Genetic fidelity of regenerated plants via shoot regeneration of muskmelon by inter simple sequence repeat and flow cytometry. Journal of the Saudi Society of Agricultural Sciences. 2021;20(2):88-93. DOI: 10.1016/j.jssas.2020.12.003

28. Rodrigues S.P., de Toledo Picoli E.A., de Oliveira D.C., da Silva Carneiro R.G., dos Santos Isaias R.M. The effects of in vitro culture on the leaf anatomy of Jatropha curcas L. (Euphorbiaceae). Bioscience Journal. 2014;30(6):1933-1941.

29. Rohela G.K., Jogam P., Saini P., Sandhya D., Peddaboina V., Shekhawat M.S. Assessing the genetic stability of in vitro raised plants. In: S. Gupta, P. Chaturvedi (eds). Commercial Scale Tissue Culture for Horticulture and Plantation Crops. Singapore: Springer; 2022. p.245-276. DOI: 10.1007/978-981-19-0055-6_11

30. Рябушкина Н.А. Клональная и микроклональная изменчивость растений. Биотехнология. Теория и практика. 2014;(2):17-27. DOI: 10.11134/btp.2.2014.3

31. Shelepova O.V., Dilovarova T.A., Gulevich A.A., Olekhnovich L.S., Shirokova A.V., Ushakova I.T. et al. Chemical components and biological activities of essential oils of Mentha × piperita L. from field-grown and fieldacclimated after in vitro propagation plants. Agronomy. 2021;11(11):2314. DOI: 10.3390/agronomy11112314

32. Шевчук О.М., Исиков В.П., Логвиненко Л.А. Методологические и методические аспекты интродукции и селекции ароматических и лекарственных растений. Симферополь: Ариал; 2022.

33. Shiga I., Uno Y., Kanechi M., Inagaki N. Identification of polyploidy of in vitro anther-derived shoots of Asparagus officinalis L. by flow cytometric analysis and measurement of stomatal length. Journal of the Japanese Society for Horticultural Science. 2009;78(1):103-108.

34. Shriram V., Nanekar V., Kumar V., Kavi Kishor P.B. In vitro regeneration and ploidy level analysis of Eulophia ochreata Lindl. Indian Journal of Experimental Biology. 2014;52(11):1112-1121.

35. Скапцов М.В., Смирнов С.В., Куцев М.Г., Шмаков А.И. Проблемы стандартизации в проточной цитометрии растений. Turczaninowia. 2016;19(3):120-122. DOI: 10.14258/turczaninowia.19.3.9

36. Sliwinska E., Thiem B. Genome size stability in six medicinal plant species propagated in vitro. Biologia Plantarum. 2007;51(3):556-558. DOI: 10.1007/s10535-007-0121-x

37. Thiem B., Kikowska M., Kurowska A., Kalemba D. Essential oil composition of the different parts and in vitro shoot culture of Eryngium planum L. Molecules. 2011;16(8):7115-7124. DOI: 10.3390/molecules16087115

38. Ткачев А.В. Исследование летучих веществ растений. Новосибирск: Офсет; 2008.

39. Великородов А.В., Ковалев В.Б., Курбанова Ф.Х., Щепетова Е.В. Химический состав эфирного масла Hyssopus officinalis L., культивируемого в Астраханской области. Химия растительного сырья. 2015;(3):71-76. DOI: 10.14258/jcprm.201503749