Improvement of alizarin production by different biotic elicitors in Rubiatinctorum by elicitation-infiltration method

Document Type: Original article

Authors

1 Department of biotechnology, Faculty of advanced sciences and technologies, University of Isfahan, Isfahan, Iran

2 Department of biology, Faculty of biological sciences, University of Nourdanesh institute of higher education, Meymeh, Iran

Abstract

Background & Aim: Rubiatinctorum is one of the most well-known medicinal plants whose alizarin and other anthraquinones which are outstanding color agents with some trace of pharmaceutical properties are isolated from it. The objective of this study was to optimize alizarin production in intact plant of R.tinctorum by induction with biotic elicitors. Experimental: To increase the synthesis of alizarin, bacterial (Staphylococcus aureus and Bacillus cereus) and fungal (Fusarium oxysporum and Aspergillus fumigatus) elicitors were injected to the intact plants directly by fine needles, named elicitation-infiltration method. Then samples were analyzed through standard addition method by UV-visible spectroscopy.
Results: Staphyloccus aureus (1McFarland) was the most effective one on biomass accumulation. Furthermore, among fungal elicitors Aspergillusfumigatus (0.4 mg total sugar/mL) revealed the most significant help for biomass increase. Applying bacterial elicitors imposed a dramatic increase in alizarin yield in all concentrations. The most marked increase (5 fold) was for 0.5 McFarland of Bacillus cereus. In addition, Fusarium oxysporum indicated outstanding results for alizarin production’s enhancement. Recommended applications/industries: To the author’s knowledge, the application of elicitation-infiltration method for increasing the alizarin production is studied for the first time and according to the reported results, it can be a useful method for more investigations about improvement of secondary metabolites production in other plants.

Keywords


Article Title [Persian]

بهینه سازی تولید آلیزارین توسط محرک های زیستی مختلف در گیاه روناس با روش تحریک-اینفیلتراسیون

Authors [Persian]

  • سونا اعیادی 1
  • طیبه سلیمانی 2
1 گروه بیوتکنولوژی، دانشکده علوم و فنآوری های نوین، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران
2 گروه زیست شناسی، دانشکده علوم زیستی، دانشگاه موسسه آموزش عالی نوردانش، میمه، ایران
Abstract [Persian]

مقدمه و هدف: روناس با نام علمی Rubia tinctorum، یکی از شناخته شده‌ترین گیاهان دارویی هست که آلیزارین و دیگر آنتراکینون‌ها که مواد رنگی مهمی با اثرات دارویی هستند، از آن استخراج می‌شوند. هدف از این تحقیق بهینه‌سازی و افزایش تولید آلیزارین در گیاه کامل روناس با القای محرک‌های زیستی می‌باشد. روش تحقیق: جهت افزایش تولید آلیزارین، محرک‌های باکتریایی (استافیلوکوکوس اورئوس و باسیلوس اورئوس در غلظت-های نیم و یک مک فارلند) قارچی ( فوزاریوم اگزوسپوریوم و آسپرژیلوس فومیگاتوس در غلظت‌های mg total sugar/mL 2/0 و 4/0) به گیاه کامل روناس به طور مستقیم با استفاده از سوزن‌های بسیار نازک انسولین می‌باشد، تزریق شد که این روش elicitation-infiltration نام دارد. سپس مقدار آلیزارین این نمونه‌ها با استفاده از روش استاندارد افزایشی توسط روش UV-Visible مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج و بحث: استافیلوکوکوس اورئوس (1 مک فارلند) موثرترین محرک در افزایش زیست توده بود. علاوه بر این، در بین محرک‌های قارچی، آسپرژیلوس فومیگاتوس با غلظت mg total sugar/mL 4/0 مهم‌ترین کمک را در افزایش زیست توده آشکار کرد. به کارگیری محرک‌های باکتریایی افزایش محسوسی را در مقدار آلیزارین در همه غلظت‌ها ایجاد کرد. بیشترین افزایش (5 برابری) را نیم مک فارلند باسیلوس سرئوس داشته است. علاوه بر این، فوزاریوم اگزوسپوریوم نتایج برجسته-ای را در افزایش تولید آلیزارین از خود نشان داده است. توصیه کاربردی صنعتی: طبق اطلاعات به دست آمده، کاربرد روش elicitation-infiltration برای افزایش تولید آلیزارین برای اولین بار مورد استفاده قرار گرفته شده است و طبق نتایج ، این روش می تواند روش موثری برای بررسی های بیشتر در مورد بهینه سازی تولید متابولیت های ثانویه در گیاهان دیگر نیز به کار گرفته شود.

Keywords [Persian]

  • آلیزارین
  • آسپرژیلوس فومیگاتوس
  • باسیلوس سرئوس
  • فوزاریوم اگزوسپوریوم
  • روبیا تینکتوروم
  • استافیلوکوکوس اورئوس
Aziz, Z., Saud, H., Rahim, K., Ahmed, OH. 2012. Variable responses on early development of shallot (Allium ascalonicum) and mustard (Brassica juncea) plants to B. cereus inoculation. Malaysian Journal of Microbiology, 8: 47–50.

Baldi, A., and Dixit, VK. 2007. Yield enhancement strategies for artemisinin production by suspension cultures of Artemisia annua. Bioresource Technology, 11: 4609-4614.

Bourgaud, F., Gravot, A., Milesi, S., Gontier, E. 2001. Production of plant secondary metabolites: a historical perspective. Plant Science, 161: 839-851.

Buitelaar, R.M., Cesario, M.T., Tramper, J. 1992. Elicitation of thiophene production byhairy roots of Tagetespatula. Enzyme and Microbial Technology, 14: 1-7.

Derksen, G.C.H., and Van Beek, T.A. 2002. Rubiatinctorum L. Studies in Natural Products Chemistry, 26: 629-684.

Dubois, M., Gilles, K.A., Hamilton, JK., Rebers, PA., Smith, F. 1956. Colorimetric method for determination of sugars and related substances. Analytical Chemistry, 28: 350-356.

Gettens, R., and Stout, GL. 2012. Painting materials: a short encyclopedia. Courier Corporation Press, United States of America.

Guillon, S., Tre´ mouillaux-Guiller, J., Kumar pati, P., Rideau, M., Gantet, P. 2006. Hairy root research: recent scenario and exciting prospects. Current Opinion in Plant Biology, 9:341-345.

Harris, D. 2010. Quantitative chemical analysis. W. H. Freeman Publication, New York. United States of America.

Jung, H., Kang, SM., Kang, YM., Kang, MJ., Yun, DJ., Bahk, JD., Yang, JK., Choi, MS. 2003. Enhanced production of scopolamine by bacterial elicitors in adventitious hairy root cultures of Scopoliaparviflora. Enzyme and Microbial Technology, 33: 987-990.

Klement, Z. 1963. Rapid detection of the pathogenicity of phytopathogenic Pseudomonas. Nature, 4890: 299-300.

Muthu, SS. 2014. Roadmap to sustainable textiles and clothing. Springer publication, Singapore. Malaysia.

Namedeo, A.G. 2007. Plant Cell Elicitation for Production of Secondary Metabolites: A Review. Pharmacognosy Reviews, 1: 69-79.

Oliveira, M.D.C., Negri, G., Salatino, A., Braga, MR. 2007. Detection of anthraquinones and identification of 1, 4-naphthohydroquinonein cell suspension cultures of Rudgeajasminoides (Cham.) Müll. Arg. (Rubiaceae). RevistaBrasileira de Botanica, 30: 167-172.

Patel, H., and Krishnamurthy, R. 2013. Elicitors in plant tissue culture. Journal of Pharmacognosy and Photochemistry, 2: 60-67.

Rates, S.M.K. 2001. Plants as source of drugs. Toxicon, 39: 603-613.

Suvamalatha, G., Rajendran, L., Ravishankar, G.A, Venkataraman, L.V. 1994. Elicitation of anthocyanin production in cell cultures of carrot (Daucuscarota L) by using elicitors and abiotic stress. Biotechnology Letters, 12: 1275-1280.

Shakeran, Z., Keyhanfar, M., Asghari, G., Ghanadian, M. 2015. Improvement of atropine production by different biotic and abiotic elicitors in hairy root cultures of Daturametel. Turkish Journal of Biology, 39: 111-118.

Smith, T., Weathers, P., Cheetham, R. 1997. Effect of gibberllic acid on hairy root cultures of Artemisia annua: growth and artemisinin production. In Vitro Cell Development Biology, 33: 75-79.

Sutton, S. 2011. Microbiology topics: Determination of inoculum for microbiology testing. Journal of GXP Compliance, 15: 49-53.