Establishment of Gentiana root cultures

Die Gattung Gentiana ist aufgrund ihrer Sekundärmetabolite wie die Secoiridoidglykoside Gentiopikrosid, Swertiamarin und Amarogentin von großem Interesse für die pharmazeutische und Lebensmittelindustrie. Aufgrund des gefährdeten Status wilder Populationen von Gentiana lutea L. und der langen Wachstumsphase, die die Wurzeln bis zur Erntereife benötigen, zielte diese Studie darauf ab, „hairy roots“ von G. lutea, Gentiana cruciata L., Gentiana purpurea L. und Gentiana asclepiadea L. als nachhaltige biotechnologische Alternative für die Metabolitenproduktion zu etablieren. Für diese Gentiana-Arten wurden in-vitro-Keimungsprotokolle unter Verwendung von ½-MS-Medium etabliert. Eine Vorbehandlung mit Gibberellinsäure (GA3; 500 mg∙L⁻¹) in Kombination mit einer Inkubation bei 25 °C führte bei G. cruciata zu einer Keimungsrate von fast 100 %. Im Gegensatz dazu erwies sich eine niedrigere Temperatur von 18 °C als entscheidend für die erfolgreiche Entwicklung von G. lutea und G. asclepiadea, was zu etwa 40 % bzw. 35 % lebensfähigen Sämlingen führte. 499 Sämlinge wurden mit dem Rhizobium rhizogenes Stamm A4 inokuliert. Trotz des Einsatzes verschiedener Infektionsmethoden konnte bei keiner der Arten die Bildung von hairy roots beobachtet werden. Dies deutet darauf hin, dass der Stamm A4 oder die verwendeten spezifischen Inokulationsparameter für diese Arten möglicherweise nicht optimal waren. Zum Vergleich für zukünftige Studien wurden bei G. cruciata und G. lutea unter Verwendung von 1-Naphthylessigsäure (NAA) und 6-Benzylaminopurin (BAP) erfolgreich Adventivwurzelkulturen etabliert. Die HPLC-Analyse ergab, dass Gentiopikrosid in den in-vitro-Adventivwurzelkulturen zwar vorhanden war, die Konzentration (max. 0,11 % bei G. lutea) jedoch signifikant niedriger war als die in kommerziell erhältlicher Gentianae radix gefundenen 2.65 %. Swertiamarin und Amarogentin waren in den Adventivwurzelkulturen nicht quantifizierbar. Diese Ergebnisse legen nahe, dass die Akkumulation von Metaboliten in Gentiana Wurzelkulturen stark vom Entwicklungsstadium der Pflanze und von Umweltfaktoren beeinflusst wird und weitere Studien über alternative Bakterienstämme und Elizitierungsmethoden erforderlich sind, um eine erfolgreiche hairy root-Induktion und höhere Metabolitenerträge zu erzielen.