Núm. 127 (2020)
Artículo de investigación

Perfil de compuestos fenólicos y actividad antioxidante de Rhynchostele rossii (Orchidaceae) silvestre y cultivada in vitro

Nieves del Socorro Martínez Cruz
Universidad Veracruzana
Juan Luis Monribot Villanueva
Instituto de Ecología, A.C.
Yolanda Cocotle Ronzón
Universidad Veracruzana
Rosa Angélica Gutiérrez Sánchez
Instituto de Ecología, A.C.
José Antonio Guerrero Analco
Instituo de Ecología, A.C.

Publicado 2020-05-29

Palabras clave

  • biotechnology,
  • orchid in vitro propagation,
  • secondary metabolites
  • biotecnología,
  • metabolitos secundarios,
  • propagación in vitro de orquídeas

Resumen

Antecedentes y Objetivos: Rhynchostele rossii es una orquídea nativa de México conocida como gallinitas, que está amenazada debido a su sobreexplotación con fines ornamentales, lo que hace necesario realizar esfuerzos para su conservación. A la fecha, no hay estudios fitoquímicos de esta orquídea, aunque se sabe que las especies de la familia Orchidaceae son una buena fuente de compuestos bioactivos y nutracéuticos (p. ej. vainillina). Por lo anterior, el objetivo principal de esta investigación fue establecer el protocolo de geminación in vitro de R. rossii para la propagación de la especie y la determinación de compuestos fenólicos que contribuyan al conocimiento fitoquímico de esta planta.
Métodos: Un ejemplar silvestre y algunas plántulas obtenidas por cultivo in vitro se secaron, molieron y extrajeron con MeOH; se determinó la actividad de anti-radicales libres (DPPH), fenoles y flavonoides totales por métodos espectrofotométricos y algunos fenoles se identificaron y cuantificaron por cromatografía de líquidos acoplada a espectrometría de masas (LC-MS).
Resultados clave: La raíz de la planta silvestre mostró el mayor contenido de fenoles y flavonoides totales con 121.60 mg GAE g-1, y 108.73 mg CE g-1, respectivamente, y la mejor actividad anti-radicales libres con una IC50 de 53.63 μg ml-1. Los extractos de las plántulas obtenidas in vitro también produjeron compuestos fenólicos, mostrando un contenido de fenoles y flavonoides totales de 37.35 mg GAE g-1 y 0.16 mg CE g-1, respectivamente, mientras que por LC-MS se identificaron y cuantificaron una cumarina (escopoletina), tres ácidos cinámicos (ácido 4-cumárico, ácido ferúlico y ácido trans-cinamico), tres ácidos benzoicos (ácido vainillico, vainillina y acido 4-hidroxibenzoico) y tres flavonoides (quercetina-3-D-galactósido, quercetina-3-glucósido y kaempferide).
Conclusiones: Este estudio muestra que R. rossii es una fuente potencial de metabolitos antioxidantes que pueden obtenerse mediante cultivo in vitro, sin perjudicar a los ejemplares silvestres.

Citas

  1. Atefipour, N., M. Dianat, M. Badavi and A. Sarkaki. 2016. Ameliorative effect of vanillic acid on serum bilirubin, chronotropic and dromotropic properties in the cholestasis induced model rats. Electron Physician 8(5): 2410-2415. DOI: https://doi.org/10.19082/2410
  2. Baltazar-Bernal, O., J. Zavala Ruiz, F. Solís Zatonelli, J. Pérez Sato and O. Sánchez Eugenio. 2014. Sendero interpretativo de orquídeas y bromelias en Tepexilotla, Chocamán, Veracruz. Revista Mexicana de Ciencias Agrícolas 5(9): 1687-1699. DOI: https://doi.org/10.29312/remexca.v0i9.1057
  3. Bami, E., O. B. Ozakpinar, Z. N. Ozdemir-Kumral, K. Köroglu, F. Ercan, Z. Cirakli, T. Sekerler, F. V. Izzettin, M. Sancar and B. Okuyan. 2017. Protective effect of ferulic acid on cisplatin induced nephrotoxicity in rats. Environmental Toxicology Pharmacology 54: 105-111. DOI: https://doi.org/10.1016/j.etap.2017.06.026
  4. Bhattacharyya, P., S. Kumaria, R. Diengdoh and P. Tandon. 2014. Genetic stability and phytochemical analysis of the in vitro regenerated plants of Dendrobium nobile Lindl., an endangered medicinal orchid. Meta Gene 2: 489-504. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mgene.2014.06.003
  5. Bhatnagar, M., N. Sarkar, N. Gandharv, O. Apang, S. Singh and S. Ghosal. 2017. Evaluation of antimycobacterial, leishmanicidal and antibacterial activity of three medicinal orchids of Arunachal Pradesh, India. BMC Complementary and Alternative Medicine 17(379). DOI: https://doi.org/10.1186/s12906-017-1884-z
  6. Brand-Williams, W., M. E. Cuvelier and C. Berset. 1995. Use of a free radical method to evaluate antioxidant activity. LWT-Food Science and Technology 28(1): 25-30. DOI: https://doi.org/10.1016/S0023-6438(95)80008-5
  7. Cano Asseleih, L. M., R. A. Menchaca García and J. Y. S. Ruiz Cruz. 2015. Ethnobotany, pharmacology and chemistry of medicinal orchids from Veracruz. Journal of Agricultural Science and Technology 5: 745-754. DOI: https://doi.org/10.17265/2161-6256/2015.09.006
  8. Castañeda-Zárate, M., J. Viccon-Esquivel, S. Ramos-Castro and R. Solano-Gómez. 2012. Registros nuevos de Orchidaceae para Veracruz, México. Revista Mexicana de Biodiversidad 83(1): 281-284. DOI: https://doi.org/10.22201/ib.20078706e.2012.1.1226
  9. Castillo-Pérez, L. J., D. Martínez-Soto, J. J. Maldonado-Miranda, A. J. Alonso-Castro and C. Carranza-Álvarez. 2019. The endemic orchids of Mexico: a review. Biologia 74(1): 1-13. DOI: https://doi.org/10.2478/s11756-018-0147-x
  10. Chand, M. B., M. R. Paudel and B. Pant. 2016. The antioxidant activity of selected wild orchids of Nepal. Journal of Coastal Life Medicine 4(9): 731-736.
  11. Chase, M. W., K. M. Cameron, J. V. Freudenstein, A. M. Pridgeon, G. Salazar, C. van den Berg and A. Schuiteman. 2015. An updated classification of Orchidaceae. Botanical Journal of the Linnean Society 177(2): 151-174. DOI: https://doi.org/10.1111/boj.12234
  12. Chen, Y., U. M. Goodale, X.-L. Fan and J.-Y. Gao. 2015. Asymbiotic seed germination and in vitro seedling development of Paphiopedilum spicerianum: an orchid with an extremely small population in China. Global Ecology and Conservation 3: 367-378. DOI: https://doi.org/10.1016/j.gecco.2015.01.002
  13. Chugh, S., S. Guha and I. U. Rao. 2009. Micropropagation of orchids: A review on the potential of different explants. Scientia Horticulturae 122(4): 507-520. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scienta.2009.07.016
  14. Cruz-Higareda, J. B., B. S. Luna-Rosales and A. Barba-Álvarez. 2015. A novel seed baiting technique for the epiphytic orchid Rhynchostele cervantesii, a means to acquire mycorrhizal fungi from protocorms. Lankesteriana 15(1): 67-76. DOI: https://doi.org/10.15517/lank.v15i1.18525
  15. Di Ferdinando, M., C. Brunetti, G. Agati and M. Tattini. 2014. Multiple functions of polyphenols in plants inhabiting unfavorable Mediterranean areas. Environmental and Experimental Botany 103: 107-116. DOI: https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2013.09.012
  16. Ding, Z., Y. Dai, H. Hao, R. Pan, X. Yao and Z. Wang. 2008. Anti-inflammatory effects of scopoletin and underlying mechanisms. Pharmaceutical Biology 46(12): 854-860. DOI: https://doi.org/10.1080/13880200802367155
  17. Divakaran, M. and K. N. Babu. 2009. Micropropagation and in vitro conservation of vanilla (Vanilla planifolia Andrews). In: Jain, S. M. and P. K. Saxena (eds.). Protocols for in vitro cultures and secondary metabolite analysis of aromatic and medicinal plants. Humana Press. Totowa NJ, USA. Pp. 129-138. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-60327-287-2_11
  18. Divakaran, M., K. N. Babu and K. V. Peter. 2016. Protocols for biotechnological interventions in improvement of vanilla (Vanilla planifolia Andrews). In: Jain, S. (ed.). Protocols for in vitro cultures and secondary metabolite analysis of aromatic and medicinal plants. Humana Press. New York, USA. Pp. 47-63. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4939-3332-7_4
  19. Espinosa-Leal, C. A., J. F. Treviño-Neávez, R. A. Garza-Padrón, M. J. Verde-Star, C. Rivas-Morales and M. E. Morales-Rubio. 2015. Contenido de fenoles totales y actividad anti-radical de extractos metanólicos de la planta silvestre y cultivada in vitro de Leucophyllum frutescens. Revista Mexicana de Ciencias Farmacéuticas 46(3): 52-56.
  20. Fay, M. F. 2018. Orchid conservation: how can we meet the challenges in the twenty-first century? Botanical Studies 59: 16. DOI: https://doi.org/10.1186/s40529-018-0232-z
  21. Ganesan, K. and B. Xu. 2017. A critical review on polyphenols and health benefits of black soybeans. Nutrients 9(5): 455. DOI: https://doi.org/10.3390/nu9050455
  22. Giri, L., P. Dhyani, S. Rawat, I. D. Bhatt, S. K. Nandi, R. S. Rawal and V. Pande. 2012. In vitro production of phenolic compounds and antioxidant activity in callus suspension cultures of Habenaria edgeworthii: A rare Himalayan medicinal orchid. Industrial Crops and Products 39: 1-6. DOI: https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2012.01.024
  23. Guerriero, G., R. Berni, J. A. Muñoz-Sánchez, F. Apone, E. M. Abdel-Salam, A. A. Qahtan, A. A. Alatar, C. Cantini, G. Cai, J-F. Hausman, K. S. Siddiqui, S. M. T. Hernández-Sotomayor and M. Faisal. 2018. Production of plant secondary metabolites: examples, tips and suggestions for biotechnologists. Genes 9(6): 309. DOI: https://doi.org/10.3390/genes9060309
  24. Hinsley, A., H. J. de Boer, M. F. Fay, S. W. Gale, L. M. Gardiner, R. S. Gunasekara, P. Kumar, S. Masters, D. Metusala, D. L. Roberts, S. Veldman, S. Wong and J. Phelps. 2018. A review of the trade in orchids and its implications for conservation. Botanical Journal of the Linnean Society 186(4): 435-455. DOI: https://doi.org/10.1093/botlinnean/box083
  25. Hussain, M. S., S. Fareed, S. Ansari, M. A. Rahman, I. Z. Ahmad and M. Saeed. 2012. Current approaches toward production of secondary plant metabolites. Journal of Pharmacy and Bioallied Sciences 4(1): 10-20. DOI: https://doi.org/10.4103/0975-7406.92725
  26. Ješvnik, T. and Z. Luthar. 2015. Successful disinfection protocol for orchid seeds and influence of gelling agent on germination and growth. Acta Agriculturae Slovenica 105: 95-102. DOI: https://doi.org/10.14720/aas.2015.105.1.10
  27. Jiménez-Peña, N., L. I. Trejo-Téllez and P. Juárez-López. 2018. Concentración de macronutrimentos de tres especies silvestres de Rhynchostele en su hábitat natural. Revista Mexicana de Ciencias Agrícolas 9(5): 971-980. DOI: https://doi.org/10.29312/remexca.v9i5.266
  28. Juárez-Trujillo, N., J. L. Monribot-Villanueva, M. Alvarado-Olivares, G. Luna-Solano, J. A. Guerrero-Analco and M. Jiménez-Fernández. 2018. Phenolic profile and antioxidant properties of pulp and seeds of Randia monantha Benth. Industrial Crops and Products 124: 53-58. DOI: https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2018.07.052
  29. Khamchatra, N., K. W. Dixon, S. Tantiwiwat and J. Piapukiew. 2016. Symbiotic seed germination of an endangered epiphytic slipper orchid, Paphiopedilum villosum (Lindl.) Stein. from Thailand. South African Journal of Botany 104: 76-81. DOI: https://doi.org/10.1016/j.sajb.2015.11.012
  30. Lin, D., M. Xiao, J. Zhao, Z. Li, B. Xing, X. Li, M. Kong, L. Li, Q. Zhang, Y. Liu, H. Chen, W. Qin, H. Wu and S. Chen. 2016. An overview of plant phenolic compounds and their importance in human nutrition and management of type 2 diabetes. Molecules 21(10): 1374. DOI: https://doi.org/10.3390/molecules21101374
  31. Luceri, C., F. Guglielmi, M. Lodovici, L. Giannini, L. Messerini and P. Dolara. 2004. Plant phenolic 4-coumaric acid protects against intestinal inflammation in rats. Scandinavian Journal of Gastrienterology 39(11): 1128-1133.
  32. Menchaca-García, R. and D. Moreno-Martínez. 2010. Rhynchostele rossii (Lindl) Soto Arenas & Salazar. Especie en notable peligro. In: Gómez-Pompa, A., T. Krömer and R. Castro-Cortés (eds.). Atlas de la flora de Veracruz: un patrimonio natural en riesgo. EDIMPLAS. Xalapa, México. Pp. 481-482.
  33. Minh, T. N., P. T. Tuyen, D. T. Khang, N. V. Quan, P. T. T. Ha, N. T. Quan, Y. Andriana, X. Fan, T. M. Van, T. D. Khanh and T. D. Xuan. 2017. Potential use of plant waste from the moth orchid (Phalaenopsis sogo yukidian V3) as an antioxidant source. Foods 6(10): 85. DOI: https://doi.org/10.3390/foods6100085
  34. Murashige, T. and F. Skoog. 1962. A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures. Physiologia Plantarum 15(3): 473-497. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1399-3054.1962.tb08052.x
  35. Murthy, H. N., E. Lee and K. Paek. 2014. Production of secondary metabolites from cell and organ cultures: strategies and approaches for biomass improvement and metabolite accumulation. Plan Cell Tissue and Organ Culture 118: 1-16. DOI: https://doi.org/10.1007/s11240-014-0467-7
  36. Naik, P. M. and J. M. Al-Khayri. 2016. Impact of abiotic elicitors on in vitro production of plant secondary metabolites: A review. Journal of Advanced Research in Biotechnology 1(2): 7. DOI: https://doi.org/10.15226/2475-4714/1/2/00102
  37. Pandey, K. B. and S. I. Rizvi. 2009. Plant polyphenols as dietary antioxidants in human health and disease. Oxidative Medicine and Cellular Longevity 2(5): 270-278. DOI: https://doi.org/10.4161/oxim.2.5.9498
  38. Pant, B. 2013. Medicinal orchids and their uses: Tissue culture a potential alternative for conservation. African Journal of Plant Science 7(10): 448-467. DOI: https://doi.org/10.5897/AJPS2013.1031
  39. Paul, S., S. Kumaria and P. Tandon. 2012. An effective nutrient medium for asymbiotic seed germination and large-scale in vitro regeneration of Dendrobium hookerianum, a threatened orchid of northeast India. AoB Plants 2012(1): plr032. DOI: https://doi.org/10.1093/aobpla/plr032
  40. Pereira, D. M., P. Valentão, J. A. Pereira and P. B. Andrade. 2009. Phenolics: From Chemistry to Biology. Molecules 14(6): 2220-2211. DOI: https://doi.org/10.3390/molecules14062202
  41. Petruk, G., R. Del Giudice, M. M. Rigano and D. M. Monti. 2018. Antioxidants from plants protect against skin photoaging. Oxidative Medicine and cellular Longevity. 2018(2): 1-11, ID 1454936. DOI: https://doi.org/10.1155/2018/1454936
  42. Ramakrishna, A. and G. A. Ravishankar. 2011. Influence of abiotic stress signals on secondary metabolites in plants. Plant Signaling and Behavior 6(11): 1720-1731. DOI: https://doi.org/10.4161/psb.6.11.17613
  43. Ramírez-Mosqueda, M. A. and L. G. Iglesias-Andreu. 2017. Vanilla (Vanilla planifolia Jacks.) cell suspension cultures: establishment, characterization, and applications. 3 Biotech 7: 242. DOI: https://doi.org/10.1007/s13205-017-0871-x
  44. Rasmussen, H. N., K. W. Dixon, J. Jersáková and T. Těšitelová. 2015. Germination and seedling establishment in orchids: a complex of requirements. Annals of Botany 116(3): 391-402. DOI: https://doi.org/10.1093/aob/mcv087
  45. Rasouli, H., M. H. Farzaei and R. Khodarahmi. 2017. Polyphenols and their benefits: A review. International Journal of Food Properties 20(2): 1700-1741. DOI: https://doi.org/10.1080/10942912.2017.1354017
  46. SEMARNAT. 2010. NORMA Oficial Mexicana NOM-059-SEMARNAT-2010. Protección ambiental-Especies nativas de México de flora y fauna silvestres-Categorías de riesgo y especificaciones para su inclusión, exclusión o cambio-Lista de especies en riesgo. Secretaría del Medio Ambiente y Recursos Naturales. Diario Oficial de la Federación. Cd. Mx., México. http://dof.gob.mx/nota_detalle.php?codigo=5173091&fecha=30/12/2010.
  47. Singleton, V. L. and J. A. Rossi. 1965. Colorimetry of total phenolics with phosphomolybdic-phosphotungstic acid reagent. American Journal of Enology and Viticulture 16(3): 144-158.
  48. Tokuhara, K. and M. Mii. 2001. Induction of embryogenic callus and cell suspension culture from shoot tips excised from flower stalk buds of Phalaenopsis (Orchidaceae). In vitro Cellular and Developmental Biology - Plant 37: 457-461. DOI: https://doi.org/10.1007/s11627-001-0080-4
  49. Utami, E. S. W., S. Hariyanto and Y. S. W. Manuhara. 2017. In vitro propagation of the endangered medicinal orchid, Dendrobium lasianthera J.J. Sm through mature seed culture. Asian Pacific Journal of Tropical Biomedicine 7(5): 406-410. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apjtb.2017.01.011
  50. Wang, T.-Y., Q. Li and K.-S. Bi. 2018. Bioactive flavonoids in medicinal plants: structure, activity and biological fate. Asian Journal of Pharmaceutical Sciences 13(1): 12-23. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ajps.2017.08.004
  51. Zhang, S., Y. Yang, J. Li, J. Qin, W. Zhang, W. Huang and H. Hu. 2018. Physiological diversity of orchids. Plant Diversity 40(4): 196-208. DOI: https://doi.org/10.1016/j.pld.2018.06.003
  52. Zhishen, J., T. Mengcheng and W. Jianming. 1999. The determination of flavonoids contents in mulberry and their scavenging effects on superoxide radicals. Food Chemistry 64(4): 555-559. DOI: https://doi.org/10.1016/s0308-8146(98)00102-2
  53. Zotz, G. and U. Winkler. 2013. Aerial roots of epiphytic orchids: the velamen radicum and its role in water and nutrient uptake. Oecologia 171: 733-741. DOI: https://doi.org/10.1007/s00442-012-2575-6