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

Year 2018, Volume: 4 Issue: 1, 55 - 62, 20.06.2018

Buhara Yücesan İsmail Eker Luiz Eduardo Santos Lazzarini Noreen Aslam Aliyu Mohammad Jose Eduardo Brasil Pereira Pinto , Wolfgang Kreis Ekrem Gürel

https://doi.org/10.24180/ijaws.390582

Cited By: 1

Abstract

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.

Keywords

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

• Asan A and Yargıcı C., 1993. Trakya’da botanik gezileri. Çevre Dergisi, 7: 26-29.
• Chene P., 2010. Etudes du genre Digitalis: Hybrides naturels. Bulletin de la Société Botanique de France, 50: 5-16.
• 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.
• 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.
• 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.
• Diettrich B., Ernst S and Luckner M., 2000. Haploid plants regener- ated from androgenic cell cultures of Digitalis lanata. Plant Medica, 66: 237–240.
• 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.
• Jork H., Funk W., Fischer W and Wimmer H., 1990. Thin-layer chromatography: reagent and detection methods. VCH Verlagsgesellschaft mbH, Weinheim.
• 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.
• Kreis W., 2017. The Foxgloves (Digitalis) Revisited, Planta Medica 83: 962-976.
• 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.
• 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.
• Murashige T and Skoog F., 1962. A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures, Physiologia Plantarum, 15: 473-505.
• Newman RA., Yang P., Pawlus AD and Block KI., 2008. Cardiac glycosides as novel cancer therapeutic agents. Molecular Intervantions 8: 36-40.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.