Фенольный сегмент метаболома корня Scutellaria lateriflora

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

В статье представлены результаты изучения метаболитов корней и корневых волосков S. lateriflora методом жидкостной хромато-масс-спектрометрии. Установлено, что основная доля полифенольных метаболитов корней и корневых волосков приходится на фенилэтаноиды и флавоноиды, содержащие до двух и до четырех метоксильных групп соответственно. Среди флавоноидов вогонин, 6-ОМе вогонин и их гликозиды наиболее обильны в корнях растения. Фенилэтаноиды представлены серией кофеил-рутинозидов дигидротирозола, с паритетным флавоноидам содержанием. Кроме полифенолов, в корневой системе обнаружено значительное содержание сахарозы.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Ю. Н. Елькин

Тихоокеанский институт биоорганической химии им. Г. Б. Елякова ДВО РАН

Email: mau84@mail.ru
Россия, пр. 100-летия Владивостока, 159, Владивосток, 690022

А. Ю. Маняхин

Федеральный научный центр биоразнообразия наземной биоты Восточной Азии ДВО РАН; Владивостокский государственный университет; Ningbo Еxcare Рharm Inc.

Автор, ответственный за переписку.
Email: mau84@mail.ru
Россия, пр. 100-летия Владивостока, 159/1, Владивосток, 690022; ул. Гоголя, 41, Владивосток, 690014; Улица Си-цзы-Шань, 172, Чуньсяо, Бэйлунь, Нинбо, 315830 Китай

Список литературы

  1. Bolton J. L., Dunlap T. L., Dietz B. M. Formation and biological targets of botanical o-quinones // Food Chem. Tox. 2018. V. 120. P. 700–707. https://doi.org/10.1016/j.fct.2018.07.050
  2. Chen S. Genetic and phylogenetic analysis of the complete genome for the herbal medicine plant of Scutellaria baicalensis from China // Mit. DNA B. 2019. V. 4. P. 1683–1685. https://doi.org/10.1080/23802359.2019.1605859
  3. Costine B., Zhang M. Z., Chhajed S., Pearson B., Chen S. X., Nadakuduti S. S. Exploring native Scutellaria species provides insight into differential accumulation of flavones with medicinal properties // Sci. Rep. 2022. V. 12. P. 13201. https://doi.org/10.1038/s41598-022-17586-367-1.
  4. Cui M. Y., Lu A. R., Li J. X., Liu J., Fang Y. M., Pei T. L., Zhong X., Wei Y. K., Kong Y., Qiu W. Q., Hu Y. H., Yang J., Chen X. Y., Martin C., Zhao Q. Two types of O-methyltransferases are involved in biosynthesis of anticancer methoxylated 4`-deoxyflavones in Scutellaria baicalensis Georgi // Plant Biotech. J. 2021. V. 20. P. 1–14. https://doi.org/10.1111/pbi.13700
  5. Elkin Y. N., Kulesh N. I., Shishmarev V. M., Kargin V. M., Manyakhin A. Y. Scutellaria baicalensis: the end of the flavone biosynthesis pathway // Acta Biol. Crac. bot. 2022. V. 64. P. 39–43. https://doi.org/10.24425/abcsb.2021.136704
  6. Elkin Y. N., Kulesh N. I., Stepanova A. Y., Solovieva A. I., Kargin V. M., Manyakhin A. Y. Methylated flavones of the hairy root culture Scutellaria baicalensis // J. Plant Phys. 2018. V. 231. P. 277–280. https://doi.org/10.1016/j.jplph.2018.10.009
  7. Elkin Y. N., Stepanova A. Y., Pshenichnyuk S. A., Manyakhin A. Y. Root specific methylated flavones protect of Scutellaria baicalensis // Khim. Rast. Syr’ja. 2023. № 4. P. 241–248. https://doi.org/10.14258/jcprm.20230411877
  8. Islam M. N., Downey F., Ng C. K. Y. Comparative analysis of bioactive phytochemicals from Scutellaria baicalensis, Scutellaria lateriflora, Scutellaria racemosa, Scutellaria tomentosa and Scutellaria wrightii by LC-DAD-MS // Metabolomics. 2011. V. 7. P. 446–453. https://doi.org/10.1007/s11306-010-0269-9
  9. Kim J. K., Kim Y. S., Kim Y., Uddin M. R., Kim Y. B., Kim H. H., Park S. U. Comparative analysis of flavonoids and polar metabolites from hairy roots of Scutellaria baicalensis and Scutellaria lateriflora // World J. Microbio. Biotech. 2014. V. 30. P. 887–892. https://doi.org/10.1007/s11274-013-1498-7
  10. Li J., Wang Y. H., Smillie T. J., Khan I. A. Identification of phenolic compounds from Scutellaria lateriflora by liquid chromatography with ultraviolet photodiode array and electrospray ionization tandem mass spectrometry // J. Biomed. Anal. 2012. V. 63. P. 120–127. https://doi.org/10.1016/j.jpba.2012.01.027
  11. Li L., Kitazawa H., Zhang X., Zhang L., Sun Y., Wang X., Liu Y., Guo S., Yu S. Melatonin retards senescence via regulation of the electron leakage of postharvest white mushroom (Agaricus bisporus) // Food Chem. 2021. V. 340. P. 127833. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2020.127833
  12. Modelli A., Pshenichnyuk S. A. Gas-phase dissociative electron attachment to flavonoids and possible similarities to their metabolic pathways // Phys. Chem. Chem. Phys. 2013. V. 15. P. 1588–1600. https://doi.org/10.1039/C2CP43379F
  13. Pei T., Yan M., Huang Y., Wei Y., Martin C., Zhao Q. Specific flavonoids and their biosynthetic pathway in Scutellaria baicalensis // Front. Plant Sci. 2022. V. 13. P. 866282. https://doi.org/10.3389/fpls.2022.866282
  14. Pshenichnyuk S. A., Elkin Y. N., Kulesh N. I., Lazneva E. F., Komolov A. S. Low–energy electron interaction with retusin extracted from Maackia amurensis: towards a molecular mechanism of the biological activity of flavonoids // Phys. Chem. Chem. Phys. 2015. V. 17. P. 16805–16812. https://doi.org/10.1039/C5CP02890F
  15. Qiao X., Li R., Song W., Miao W. J., Liu J., Chen H. B., Guo D. A., Ye M. A targeted strategy to analyze untargeted mass spectral data: Rapid chemical profiling of Scutellaria baicalensis using ultra-high performance liquid chromatography coupled with hybrid quadrupole orbitrap mass spectrometry and key ion filtering // J. Chrom. A. 2016. V. 1441. P. 83–95. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2016.02.079
  16. Sherman S. H., Nirmal J. Current status of research on medicinal plant Scutellaria lateriflora: A review // J. Med. Act. Plants. 2022. V. 11. P. 22–38. https://doi.org/10.7275/shxv-wb39
  17. Stepanova A. Y., Solov’eva A. I., Malunova M. V., Salamaikina S. A., Panov Y. M., Lelishentsev A. A. Hairy roots Scutellaria spp. (Lamiaceae) as promising producers of antiviral flavones // Molecules. 2021. V. 26. P. 3927. https://doi.org/10.3390/molecules26133927
  18. Takagi S., Yamaki M., Inoue K. Studies on the water-soluble constituents of the roots of Scutellaria baicalensis Georgi (Wogon) // Yakugaku Zasshi. 1980. V. 100. Iss. 12. P. 1220–1224. https://doi.org/10.1248/yakushi1947.100.12_1220
  19. Tsai P. J., Huang W. C., Hsieh M. C., Sung P. J., Kuo Y. H., Wu W. H. Flavones isolated from Scutellariae radix suppress propionibacterium acnes-induced cytokine production in vitro and in vivo // Molecules. 2016. V. 21. P. 15. https://doi.org/10.3390/molecules21010015
  20. Wang Z. L., Wang S., Kuang Y., Hu Z. M., Qiao X., Ye M. A comprehensive review on phytochemistry, pharmacology, and flavonoid biosynthesis of Scutellaria baicalensis // Pharm. Biol. 2018. V. 56. P. 465–484. https://doi.org/10.1080/13880209.2018.1492620
  21. Wilczańska-Barska A., Królicka A., Głód D., Majdan M., Kawiak A., Krauze-Baranowska M. Enhanced accumulation of secondary metabolites in hairy root cultures of Scutellaria lateriflora following elicitation // Biotech. Lett. 2012. V. 34. P. 1757–1763. https://doi.org/10.1007/s10529-012-0963-y
  22. Xia H., Attygalle A. B. Effect of electrospray ionization source conditions on the tautomer distribution of deprotonated p-hydroxybenzoic acid in the gas phase // Anal. Chem. 2016.V. 88. P. 6035–6043. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.6b01230
  23. Zhao Q., Cui M. Y., Levsh O., Yang D., Liu J., Li J., Hill L., Yang L., Hu Y., Weng J. K., Chen X. Y., Martin C. Two CYP82D enzymes function as flavone hydroxylases in the biosynthesis of root-specific 4’-deoxyflavones in Scutellaria baicalensis // Mol. Plant. 2018. V. 11. P. 135–148. http://dx.doi.org/10.1016/j.molp.2017.08.009
  24. Zhao Q., Zhang Y., Wang G., Hill L., Weng J. K., Chen X. Y., Xue H., Martin C. A specialized flavone biosynthetic pathway has evolved in the medicinal plant, Scutellaria baicalensis // Sci. Adv. 2016. V. 2. P. e1501780. https://doi.org/10.1126/sciadv.1501780
  25. Zhang Z., Lian X. Y., Li S., Stringer J. L. Characterization of chemical ingredients and anticonvulsant activity of American skullcap (Scutellaria lateriflora) // Phytomed. 2009. V. 16. P. 485–493. https://doi.org/10.1016/j.phymed.2008.07.011

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Корни S. Lateriflora: 1 – белые корни; 2 – корневые волоски; 3 – темные корни. Фото – Елькин Ю.Н.

Скачать (30KB)
Метаданные
3. Рис. 2. УФ-хроматограмма (а) и полный ионный ток (б) экстракта корней S. lateriflora. Аннотация фракций: Ф1 – углеводы и фенилэтаноиды; Ф2 – гликозиды флавонов; Ф3 – флавоны; Ф4 – метилированные флавоны. 3* – байкалеин; 4 – вогонин, 10 – 6-ОМе вогонин и их глюкурониды 3г*, 4г, 10г, соответственно.

Скачать (60KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Ионные хроматограммы 10 мажорных метилированных флавонов (а) и их глюкуронидов (б) в корнях S. Lateriflora: (а) 1М – 7-ОМе хризин (тектохризин), 4 – вогонин, 5 – ороксилин А, 6 – 6-ОН вогонин, сс – терпен, 10 – 6-ОМе вогонин, 8 – 5-ОН-6,7,8,6`-тетра-ОМе флавон. Свободные флавоны: 0 – пиноцембрин, 1 – хризин, 2 – нор-вогонин, 3 – байкалеин; (б) 7г – три-ОН-три-ОМе флавон, 9г – три-ОН-моно-ОМе флавон. Вставка 1: глюкурониды свободных флавонов: 2г – нор-вогонина, 3г – байкалеина, 3а, 3б, 3в – три-ОН флавонов, 4с – С-глюкуронид вогонина. Вставка 2: глюкурониды: 0г – пиноцембрина, 1г – хризина.

Скачать (57KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Профиль полного ионного тока экстракта корневых волосков S. lateriflora и ионные хроматограммы по фракциям, Suc – сахароза. Вставка Ф1: • – m/z 623 производные рутинозы, моно- и диметилированные m/z 637 и m/z 651 соответственно. Вставка Ф2: гликозиды (г) флавонов и метилированных флавонов. • – ионы m/z 445. 3г – байкалеина, 2г – нор-вогонина, 5г – ороксилина А, 12г – 3ОН-2ОМе флавона, 4г – вогонина, 13г – 5,8-ди-ОН-6,7-ди-ОМе флавона, 10г – 6-ОМе вогонина. Ф3: 3 – байкалеин. Вставка Ф4: 4 – вогонин, 10 – 6-ОМе вогонин, 5 – ороксилин А. * – соединения не определены.

Скачать (50KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Схемы редуктантов R4‾ m/z 268 и R10‾ m/z 298 при активации столкновением ионов [М-Н]‾ флавонов 4 и 10 в источнике ионов. (а, б, в) –предполагаемые структуры 6-ОМе вогонина.

Скачать (16KB)
Метаданные
7. Дополнительные материалы
Скачать (1MB)
Метаданные
8. Рис. С1. Участок фракции 4 профиля полного ионного тока с МС2 спектрами детектируемых в профиле ионов [М-Н]‾.

Скачать (70KB)
Метаданные
9. Рис. С2. Участок фракции 3 профиля полного ионного тока с МС2 спектрами детектируемых в профиле ионов [М-Н]‾.

Скачать (52KB)
Метаданные
10. Рис. С3. Участок фракции 2 профиля полного ионного тока с МС2 спектрами детектируемых в профиле ионов [М-Н]‾.

Скачать (86KB)
Метаданные
11. Рис. С4. Участок фракции 1 профиля полного ионного тока с МС2 спектрами, детектируемых в профиле ионов [М-Н]‾ с наложением ионной хроматограммы этого иона фенилэтаноидов.

Скачать (80KB)
Метаданные
12. Рис. С5. Селективные ионные хроматограммы восьми [М-Н]‾ m/z 475, МС2 спектры которых демонстрируют множественные наложения ионов и не однозначность номинальных масс ионов. Среди 8 ионов [М-Н]‾ m/z 475 только три производные флавонов второго эшелона гликозилирования (m/z 299).

Скачать (52KB)
Метаданные
13. Рис. С6. Наложенные селективные ионные хроматограммы [М-Н]‾: (а) гликозидов флавонов и гликозидов диметилированных фенилэтаноидов m/z 783. (b) флавонов и монометилированных флавонов второго эшелона гидроксилирования m/z 299.

Скачать (33KB)
Метаданные
14. Рис. С7. Селективные ионные хроматограммы [М-Н]‾ трех типов фенилэтаноидов (а) корни, (b) корневые волоски: исходные (m/z 623), монометилированные (m/z 637), диметилированные (m/z 651) и с последующим гликозилированием (m/z 783). Аннотация: флавоны. 2 – ороксилин А, 3 – байкалеин. 2г и 3г их глюкурониды, 4с(г?) – С-гликозид вогонина, 6 – 6-ОН вогонин. 3а, 3б, 3в – три-ОН-флавоны.

Скачать (20KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025