In vitro cultures of selected species of the genus Scutellaria sp. and preliminary analysis of metabolites

Scutellaria baicalensis (tarczyca bajkalska), stosowana od wieków w tradycyjnej medycynie chińskiej, jest bogatym źródłem flawonoidów, szczególnie flawonów, takich jak: wogonina, wogonozyd, bajkaleina oraz bajkalina. Związki te wykazują szereg cennych aktywności biologicznych. Korzeń tarczycy bajkalskiej (Scutellariae baicalensis radix) występuje w monografii WHO, a od 2011 roku jest także surowcem farmakopealnym w European Pharmacopoeia i Farmakopei Polskiej. Inne gatunki Scutellaria sp. również mogą mieć potencjalne znaczenie lecznicze.Celem niniejszej pracy było założenie i hodowla kultur in vitro Scutellaria alpina (tarczyca alpejska) i Scutellaria altissima (tarczyca wyniosła) oraz analiza jakościowa i ilościowa metabolitów wtórnych: flawonoidów i kwasów fenolowych w biomasie uzyskanej z kultur in vitro. Analizą objęto także założone wcześniej kultury in vitro Scutellaria baicalensis. Kultury Scutellaria baicalensis założono w Zakładzie Botaniki Farmaceutycznej w 2014 roku. Natomiast kultury Scutellaria altissima i Scutellaria alpina wyprowadzono w ramach niniejszej pracy. Następnie w celu określenia wpływu regulatorów wzrostui rozwoju roślin na przyrost biomasy i akumulację metabolitów, kultury in vitro dwóch gatunków z rodzaju Scutellaria: S. altissima oraz S. baicalensis były prowadzone na agarowych podłożach MS z dodatkiem regulatorów wzrostu roślin (BAP i NAA)w różnych stężeniach (0,5-5,0 mg/l). Przy użyciu techniki HPLC wykonano analizę jakościową i ilościową metabolitów wtórnych (kwasów fenolowych i flawonoidów)w metanolowych ekstraktach oraz w próbkach otrzymanych w wyniku kwaśnej hydrolizy. Na uwagę zasługuje fakt, że w pracy podjęto po raz pierwszy kompleksowe badania zarówno ziela jak i biomasy z kultur in vitro pod kątem zawartości kwasów fenolowych.W biomasie z kultur in vitro tarczycy wyniosłej stwierdzono obecność kwasu kawowego, werbaskozydu, skutellaryny, bajkaliny, bajkaleiny oraz wogoniny. Natomiast w biomasie z kultur tarczycy bajkalskiej wykazano dodatkowo obecność kwasu rozmarynowego i kwasu 3,4-dihydroksyfenylooctowego. W badanych kulturach uzyskano szczególnie wysokie zawartości werbaskozydu i bajkaliny. W kulturach in vitro S. baicalensis zawartości te były równe odpowiednio 354,42 mg/100 g s.m. (werbaskozyd) oraz 202,98 mg/100 g s.m. (bajkalina), a w kulturach S. altissima 873,55 mg/100 g s.m. (werbaskozyd) oraz 208,91 mg/100 g s.m. (bajkalina). Podłożami ,,produkcyjnymi’’ były warianty podłoża MS zawierające odpowiednio: dla tarczycy bajkalskiej 0,5 mg/l BAP i 1 mg/l NAA, a dla tarczycy wyniosłej 2,5 mg/l BAP i 2,5 mg/l NAA.

Scutellaria baicalensis (baical skullcap), used for centuries in traditional Chinese medicine, is a rich source of flavonoids, particularly flavones, such as: wogonin, wogonoside, baicalein and baicalin. These compounds have a number of valuable biological activities. Skullcap root (Scutellariae baicalensis radix) occurs in the WHO monograph and since 2011 is also a pharmacopoeial raw material in the European Pharmacopoeia and Polish Pharmacopoeia. Other species of Scutellaria also may have potential therapeutic effects.The aim of this study was establishing and growing in vitro cultures of Scutellaria alpina (alpine skullcap) and Scutellaria altissima (tall skullcap) as well as qualitative and quantitative analysis of secondary metabolites: flavonoids and phenolic acids in the biomass obtained in vitro cultures. The analysis also included previously established in vitro cultures of Scutellaria baicalenis.Cultures of Scutellaria baicalensis was established in the Department of Pharmaceutical Botany in 2014. The cultures of Scutellaria altissima and Scutellaria alpina was established within the scope of this study. Then, in order to determine the effect of growth regulators of plants to increase biomass and accumulation of metabolites, in vitro cultures of two Scutellaria species: S. altissima and S. baicalensis were maintained on MS agar media containing plant growth regulators (BAP and NAA) in different concentrations (0.5-5.0 mg/l). With the HPLC method performed qualitative and quantitative analysis of secondary metabolites (phenolic acids and flavonoids) in methanol extracts and samples obtained by acid hydrolysis. It is worth to mention that in this study for the first time determined the content of phenolic acids in herb and biomass of in vitro cultures of genus Scutellaria.In the biomass of in vitro cultures of tall skullcap identified the presence of caffeic acid, verbascoside, scutellarin, baicalin, baicalein and wogonin. Additionally in the biomass of the culture of baical skullcap identified the presence of rosmarinic acid and 3,4-dihydroxyphenylacetic acid. The examined cultures contained particularly high content verbascoside and baicalin. In vitro cultures of S. baicalensis contents were 354.42 mg/100 g d.w. (verbascoside) and 202.98 mg/100 g d.w. (baicalin), respectively and in cultures of S. altissima 873.55 mg/100 g d.w. (verbascoside) and 208.91 mg/ 100 g d.w. (baicalin).The „production” culture media were variants of MS medium containing respectively: for baical skullcap 0.5 mg/l BAP and 1 mg/l NAA, and for tall skullcap 2.5 mg/l BAP and 2.5 mg/l NAA.