Shoot-tip Cultivation and Cardenolide Content Analysis of Natural Populations of Digitalis lanata Ehrh. subsp. lanata (wooly foxglove) in Thrace Region

Öz

Digitalis lanata, due to the presence of cardenolides in the leaves, is widely used in drug industry for the treatments of congestive heart diesases. In this present study, natural populations of D. lanata in Thrace region were collected. Thereafter, cardiac glycoside analysis of D. lanata subsp. lanata grown in natural habitats and micropropagation from shoot tips were established as a model work for a consistent and a sustainable plant production. Of the cardenolides, Lan A (ranging between 24.8 and 300.4 mg 100g^-1) and Lan C (42.1 and 258 mg 100 g^-1 were predominantly found in the samples as compared to lanatoside B, digoxin and digitoxin. After seed germination, shoot-tip cultivation was achieved after a subsequent shoot and root formation on MS medium. Indole-3-acetic acid (IAA) and indole-3-butyric acid (IBA) depending on their concentrations were found to be effective in shoot and root formation accordingly. Maximum two shoots from shoot tips were produced after 8 weeks of cultivation, and at the end of 12^th weeks of cultivation each shoots produced an average number of 6.4 roots in 8.1 cm length. Acclimatization was also achieved successfully with a maximum survival rate (95 %) for 4 weeks. This study is the first report on cardenolide profiling of Thracian D. lanata at different locations, and shoot tip cultivation of the population selected under in vitro conditions.

Anahtar Kelimeler

• Digitalis lanata,Wooly foxglove,Clonal propagation,Cardenolides,Thrace

Trakya’da Doğal Yayılış Gösteren Digitalis lanata Ehrh. subsp. lanata’nın (yünlü yüksükotu) Sürgün-Ucu Kültürü ve Kardenolit İçeriğinin Belirlenmesi

Abstract

Yapraklarındaki kardenolit içeriği nedeniyle Digitalis lanata, ilaç endüstrisinde konjestif kalp hastalığının tedavisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu çalışmada, Trakya bölgesinde yayılış gösteren D. lanata'nın doğal popülasyonları toplanmıştır. Toplanan örneklerde cardenolit analizi ardından sürgün uçlarından mikroçoğaltım yöntemiyle, sürdürülebilir bir bitki üretimi için model olabilecek bir protokol oluşturulmuştur. İncelenen kardenolitler arasından, lanatosit B, digoksin ve digitoksin ile karşılaştırıldığında, numunelerde ağırlıklı olarak Lan A (24.8 ve 300.4 mg 100 g^-1 arasında değişen) ve Lan C (42.1 ve 258 mg 100 g^-1) bulunduğu tespit edilmiştir. Aseptik koşullarda çimlendirme işlemi ardından, sürgün-ucu kültürü, MS ortamında sürgün ve kök oluşumu ardından başarıyla tamamlanmıştır. İndol-3-asetik asit (IAA) ve indol-3-bütirik asit (IBA) konsantrasyonlarına bağlı olarak, sürgün ve kök oluşumunda etkili olduğu görülmüştür. Sürgün uçlarından en fazla iki sürgün, 8 haftalık kültür sonunda üretilmiş olup, 12. haftanın sonunda her sürgünün ortalama 8.1 cm uzunluğunda ortalama 6.4 kök ürettiği tespit edilmiştir. İklimlendirme aşaması ise 4 haftalık bir maksimum sağ kalma oranı (% 95) ile başarıyla gerçekleştirilmiştir. Bu çalışma ilk defa Trakya’da yayılış gösteren yünlü yüksükotunun kardenolit içeriğinin belirlenmesi ve seçili popülasyonlardan sürgün-ucu kültürünün in vitro koşullarda gerçekleştirilmesini rapor etmektedir.

Keywords

• Digitalis lanata,Yünlü yüksükotu,Klonal çoğaltım,Kardenolitler,Trakya

References

1. Asan A and Yargıcı C., 1993. Trakya’da botanik gezileri. Çevre Dergisi, 7: 26-29.
2. Chene P., 2010. Etudes du genre Digitalis: Hybrides naturels. Bulletin de la Société Botanique de France, 50: 5-16.
3. Clemente ES., Müller-Uri F., Nebauer SG., Segura J., Kreis W and Arrillaga I., 2011. Digitalis. In: Kole C (ed) Wild crop relatives: genomic and breeding resources, plantation and ornamental crops. Springer, Berlin, pp. 73-112.
4. Davis PH. 1978. Digitalis. In: Davis P.H. (ed) Flora of Turkey and the east Aegean Islands, vol 6. Edinburg University Press, Edinburgh, pp. 680-687.
5. Diettrich B., Popov AS., Pfeiffer B., Neumann D., Butenko RG and Luckner M., 1982. Cryopreservation of Digitalis lanata cell cultures. Planta Medica, 46: 82-87.
6. Diettrich B., Ernst S and Luckner M., 2000. Haploid plants regener- ated from androgenic cell cultures of Digitalis lanata. Plant Medica, 66: 237–240.
7. Eker İ., Yücesan B., Muhammad S., Wells W., Müller-Uri F., Gürel E and Kreis W., 2016. Phylogeny of Anatolian (Turkey) species in the Digitalis sect. Globiflorae (Plantaginaceae). Phytotaxa, 244(3): 263-282.
8. Jork H., Funk W., Fischer W and Wimmer H., 1990. Thin-layer chromatography: reagent and detection methods. VCH Verlagsgesellschaft mbH, Weinheim.

9. Kreis W and Reinhard E., 1989. The production of secondary metabolites by plant cells cultivated in bioreactors. Planta Medica, 55: 409-16. Kreis W., Hensel A and Stuhlemmer U., 1998. Cardenolide biosynthesis in foxglove. Planta Medica, 64: 491-499.
10. Kreis W., 2017. The Foxgloves (Digitalis) Revisited, Planta Medica 83: 962-976.
11. Kuberski C., Scheibner H., Steup C., Diettrich B and Luckner M., 1984. Embryogenesis and cardenolide formation in tissue cultures of Digitalis lanata. Phytochemistry, 23: 1407-1412.
12. Luckner M and Diettrich B., 1992. Micropropagation of wooly foxglove (Digitalis lanata) by shoot culture. In: Bajaj YPS (ed) High-tech micropropagation III. Springer, Berlin, pp. 400-424.
13. Murashige T and Skoog F., 1962. A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures, Physiologia Plantarum, 15: 473-505.
14. Newman RA., Yang P., Pawlus AD and Block KI., 2008. Cardiac glycosides as novel cancer therapeutic agents. Molecular Intervantions 8: 36-40.
15. Pádua RM., Meitinger N., Dias de Souza JF., Waibel R., Gmeiner P., Braga FC and Kreis W., 2012. Biotransformation of 21-O-acetyl-deoxycorticosterone by cell suspension cultures of Digitalis lanata (strain W. 1.4). Steroids, 77: 1373-80.
16. Pradel H., Dumke-Lehmann UD., Diettrich B and Luckner M., 1997. Hairy root cultures of Digitalis lanata. Secondary metabolism and plant regeneration. Journal of Plant Physiology, 151: 209-215.
17. Verma SK., Das AK., Cingöz GS and Gurel E., 2016. In vitro culture of Digitalis L. (Foxglove) and the production of cardenolides: An up-to-date review. Industrial Crops and Products, 94: 20-51.
18. Yücesan B., Mohammed A., Eker İ., Sameeullah M., Demir-Ordu Ö., Cihangir C., Şahbaz N., Kaya Ö., Mueller-Uri F., Kreis W and Gürel E., 2016. In vitro propagation and cardenolide profiling of Digitalis ferruginea subsp. schischkinii, a medicinally important foxglove species with limited distribution in Northern Turkey. In Vitro Cellular Developmental Biology–Plant, 52(3): 322-329.