Çay (Camellia sinensis L.) türetilmiştir yeni kurulan hücre süspansiyon kültürü altı sistemik Böcek Ilacı metabolizması üzerinde çalışma Yaprak -ları
Summary
Bu çalışma, bir hücre süspansiyon kültürü çay (Camellia sinensis L.) bu böcek ilaçları gibi tüm bitki tarafından alınabilir dış bileşiklerin metabolizmasını incelemek için kullanılabilir yaprakları türetilen kurulması için bir protokol sunuyor.
Abstract
Çay bitkinin in vitro dokularında kullanarak böcek ilacı metabolizmasını incelemek için bir platform geliştirilmiştir. Steril çay fidanları yaprakları Murashige ve Skoog üzerinde gevşek nasır oluşturmak için indüklenen edildi (MS) bitki hormonları ile bazal medya 2, 4-dichlorophenoxyasetic asit (2, 4-D, 1,0 mg l-1) ve Kinetin (kt, 0,1 mg l-1). Callus, her biri 28 gün süren 3 veya 4 turdan sonra kuruldu. Loose nasır (yaklaşık 3 g) daha sonra aynı bitki hormonları içeren B5 sıvı medya içine aşı ve 25 ± 1 °c karanlıkta bir sallayarak kuluçk (120 rpm) kültürlü oldu. 3 − 4 alt kültürden sonra, 1:1 ve 1:2 (süspansiyon anne sıvısı: taze orta) arasında değişen bir alt kültür oranıyla çay yapraklarından türetilen bir hücre süspansiyonu kuruldu. Bu platformu kullanarak, altı böcek öldürücüler (5 μg mL-1 her thiaetoxam, imidacloprid, acetayiprid, imidaclothiz, dimethoate, ve omethoate) çay yaprağı türeyen hücre süspansiyon kültürü içine eklenmiştir. Böcek öldürücülerinin metabolizması sıvı kromatografi ve gaz kromatografi kullanılarak izleniyordu. Çay hücresi süspansiyonu kültürünün kullanışlılığını doğrulamak için, tedavi edilen hücre kültürlerinde ve bozulmamış bitkilerin içinde bulunan thiaminetoxan ve dimethoate metabolitleri kitle spektrometresi kullanılarak karşılaştırıldı. Tedavi edilen çay hücresi kültürlerinde, thiametoksin yedi metabolitleri ve dimethoate iki metabolitleri bulundu, tedavi edilen bozulmamış bitkiler iken, thiametokam sadece iki metabolitleri ve bir dimethoate bulundu. Bir hücre süspansiyonunun kullanımı, özellikle çay gibi zor bir matris için, bozulmamış çay bitkilerin kullanımına kıyasla metabolik analizini basitleştirmiştir.
Introduction
Çay dünya1,2en çok tüketilen alkolsüz içeceklerin biridir. Çay yaprakları ve odunsu çok yıllık Camellia sinensis L. çay bitkileri büyük tarlaları yetiştirilen ve çok sayıda böcek zararlıları için duyarlı olan tomurcukları üretilmektedir3,4. Organophosphorus ve egemenliğinize böcek ilaçları genellikle sistemik böcek öldürücüler olarak kullanılır5 whiteflies gibi zararlıları çay bitkileri korumak için, yaprak Hoppers, ve bazı lepidopteran türler5/6. Uygulamadan sonra, bu böcek öldürücüler bitki içine emilir veya transloke. Tesis içinde, bu sistemik böcek öldürücüler hidroliz, oksidasyon veya bitki enzimlerinin azaltma reaksiyonları yoluyla dönüştürülebilir. Bu dönüşüm ürünleri daha Polar ve üst bileşiklerin daha az toksik olabilir. Ancak, bazı organofosfat için, bazı ürünlerin bioactivities daha yüksektir. Örneğin, acephate daha toksik methasidophos içinde metabolize edilir8,9, ve omethoate içine dimethoate10,11. Bitki metabolik çalışmalar bu nedenle bir bitki içinde bir pestisit kaderini belirlemek için önemlidir12.
Bitki dokusu kültürler pestisit metabolizmasını araştırmak için yararlı bir platform olduğu kanıtlanmıştır, tespit metabolitleri bozulmamış bitkiler bulunan benzer ile13,14,15. Doku kültürlerinin kullanımı, özellikle hücre süspansiyon kültürler, çeşitli avantajları vardır. Öncelikle, deneyler mikroorganizmaların serbest yapılabilir, böylece pestisit dönüşümü veya mikroplar tarafından bozulması müdahalesi kaçınarak. İkincisi, doku kültürü her zaman kullanım için tutarlı malzemeler sağlar. Üçüncüsü, metabolitleri bozulmamış bitkilerin daha doku kültürlerinden ayıklamak için daha kolay, ve doku kültürler genellikle daha az interring bileşikleri ve bileşiklerin daha düşük karmaşıklık var. Son olarak, doku kültürler daha kolay tek bir deneme16pestisit metabolizması bir dizi karşılaştırmak için kullanılabilir.
Bu çalışmada, steril-yetiştirilen çay bağlanırlar yapraklarından türetilen bir hücre süspansiyonu başarıyla kuruldu. Daha sonra çay hücresi süspansiyon kültürü, altı sistemik böcek öldürücülerine ilişkin dağılma davranışlarını karşılaştırmak için kullanılmıştır.
Bu ayrıntılı protokol, araştırmacılar bir bitki dokusu kültür platformu çay Ksenobiyotiklerin metabolik kaderi incelemek için yararlı kurabilir, böylece bazı rehberlik sağlamak için tasarlanmıştır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu makalede, explants seçimi, hücre viability belirlenmesi ve yüksek metabolik ile bir çay hücresi süspansiyon kültürünün kurulması da dahil olmak üzere, çay bitki dokusu pestisit metabolizması bir model kurulması ayrıntılı süreci sunar Etkinlik. Bir bitki dokusunun herhangi bir parçası sterilize edilmiş bir ortamda nasır başlatmak için kullanılabilir25. Çay yaprakları bu çalışmada nasır başlatma için seçildi, sadece çünkü yaprakları daha az zemin altında pa…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma ulusal anahtar araştırma & geliştirme programı (2016YFD0200900) Çin, Çin Ulusal Doğal bilimsel Vakfı (No. 31772076 ve No. 31270728), Çin doktora sonrası Bilim Vakfı (2018M630700) ve açık Fonu tarafından destekleniyordu Çay tesisi biyoloji ve kullanım devlet anahtar Laboratuvarı (SKLTOF20180111).
Materials
| Acetamiprid (99.8%) | Dr. Ehrenstorfer | 46717 | CAS No: 135410-20-7 |
| Acetonitrile (CAN, 99.9%) | Tedia | AS1122-801 | CAS No: 75-05-8 |
| Agar | Solarbio Science & Technology | A8190 | CAS No: 9002-18-0 |
| Clothianidin (99.8%) | Dr. Ehrenstorfer | 525 | CAS No: 210880-92-5 |
| Dimethoate (98.5%) | Dr. Ehrenstorfer | 109217 | CAS No: 60-51-5 |
| Imidacloprid (99.8%) | Dr. Ehrenstorfer | 91029 | CAS No: 138261-41-3 |
| Imidaclothiz (99.5%) | Toronto Research Chemical | I275000 | CAS No: 105843-36-5 |
| Kinetin (KT, >98.0%) | Solarbio Science & Technology | K8010 | CAS No: 525-79-1 |
| Omethoate (98.5%) | Dr. Ehrenstorfer | 105491 | CAS No: 1113-02-6 |
| Polyvinylpolypyrrolidone (PVPP) | Solarbio Science & Technology | P8070 | CAS No: 25249-54-1 |
| Sucrose | Tocris Bioscience | 5511 | CAS No: 57-50-1 |
| Thiamethoxam (99.8%) | Dr. Ehrenstorfer | 20625 | CAS No: 153719-23-4 |
| Triphenyltetrazolium Chloride (TTC, 98.0%) | Solarbio Science & Technology | T8170 | CAS No: 298-96-4 |
| 2,4-Dichlorophenoxyacetic Acid (2,4-D, >98.0%) | Guangzhou Saiguo Biotech | D8100 | CAS No: 94-75-7 |
| chiral column | Agilent CYCLOSIL-B | 112-6632 | Chromatography column (30 m × 0.25 mm × 0.25 μm) |
| Gas chromatography (GC) | Shimadu | 2010-Plus | Paired with Flame Photometric Detector (FPD) |
| High-performance liquid chromatography (HPLC) | Agilent | 1260 | Paired with Ultraviolet detector (UV) |
| HSS T3 C18 column | Waters | 186003539 | Chromatography column (100 mm × 2.1 mm × 1.8 μm) |
| Ultra-high-performance liquid chromatography (UPLC) | Agilent | 1290-6545 | Tandem quadrupole time-of-flight mass spectrometer (QTOF) |
| Ultra-high-performance liquid chromatography (UPLC) | Thermo Scientific | Ultimate 3000-Q Exactive Focus | Connected to a Orbitrap mass spectrometer |
References
- Zhao, Y., et al. Tentative identification, quantitation, and principal component analysis of green pu-erh, green, and white teas using UPLC/DAD/MS. Food Chemistry. 126 (3), 1269-1277 (2011).
- Alcazar, A., et al. Differentiation of green, white, black, Oolong, and Pu-erh teas according to their free amino acids content. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 55 (15), 5960-5965 (2007).
- Kopjar, M., Tadic´, M., Pilizˇota, V. Phenol content and antioxidant activity of green, yellow and black tea leaves. Chemical and Biological Technologies in Agriculture. 2 (1), 1-6 (2015).
- Chen, H., Yin, P., Wang, Q., Jiang, Y., Liu, X. A modified QuEChERS sample preparation method for the analysis of 70 pesticide residues in tea using gas chromatography-tandem mass spectrometry. Food Analytical Methods. 7 (8), 1577-1587 (2014).
- Hou, R. Y., et al. Alteration of the Nonsystemic Behavior of the Pesticide Ferbam on Tea Leaves by Engineered Gold Nanoparticles. Environmental Science & Technology. 50 (12), 6216-6223 (2016).
- Abdel-Gawad, H., Mahdy, F., Hashad, A., Elgemeie, G. H. Fate of C-14-Ethion insecticide in the presence of deltamethrin and dimilin pesticides in cotton seeds and oils, removal of ethion residues in oils, and bioavailability of its bound residues to experimental animals. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 62 (51), 12287-12293 (2014).
- Fang, Q., et al. Degradation Dynamics and Dietary Risk Assessments of Two Neonicotinoid Insecticides during Lonicerajaponica Planting, Drying, and Tea Brewing Processes. Journal of Agricultural and Food. 65 (8), 1483-1488 (2017).
- Pan, R., et al. Dissipation pattern, processing factors, and safety evaluation for dimethoate and its metabolite (omethoate) in tea (Camellia sinensis). PloS One. 10 (9), e0138309 (2015).
- Pavlic, M., Haidekker, A., Grubwieser, P., Rabl, W. Fatal intoxication with omethoate. International Journal of Legal Medicine. 116 (4), 238-241 (2002).
- Mohapatra, S., Ahuja, A. K., Deepa, M., Sharma, D. Residues of acephate and its metabolite methamidophos in/on mango fruit (Mangifera indica L.). Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology. 86 (1), 101-104 (2011).
- Phugare, S. S., Gaikwad, Y. B., Jadhav, J. P. Biodegradation of acephate using a developed bacterial consortium and toxicological analysis using earthworms (Lumbricus terrestris) as a model animal. International Biodeterioration & Biodegradation. 69, 1-9 (2012).
- Ford, K. A., Casida, J. E. Comparative metabolism and pharmacokinetics of seven neonicotinoid insecticides in spinach. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 56 (21), 10168-10175 (2008).
- Frear, D. S., Swanson, H. R. Metabolism of cisanilide (cis-2,5-Dimethyl-1-Pyrrolidinecarboxanilide) by Excised Leaves and Cell Suspension Cultures of Carrot and Cotton. Pesticide Biochemistry and Physiology. 5, 73-80 (1975).
- Sandermann, H., Scheel, D., Trenck, T. H. V. D. Use of plant cell cultures to study the metabolism of environmental chemicals. Ecotoxicology and Environmental Safety. 8 (2), 167-182 (1984).
- Karmakar, R., Bhattacharya, R., Kulshrestha, G. Comparative metabolite profiling of the insecticide thiamethoxam in plant and cell suspension culture of tomato. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 57 (14), 6369-6374 (2009).
- Lichtner, F. Phloem mobility of crop protection products. Australian Journal of Plant Physiology. 27, 609-614 (2000).
- Sun, J., et al. Shoot basal ends as novel explants for in vitro plantlet regeneration in an elite clone of tea. Journal of Horticultural Science & Biotechnology. 87 (1), 71-76 (2012).
- Meng, M. T., et al. Uptake, Translocation, Metabolism, and Distribution of Glyphosate in Nontarget Tea Plant (Camellia sinensis L). Journal of Agricultural and Food Chemistry. (65), 7638-7646 (2017).
- Hou, R. Y., et al. Effective Extraction Method for Determination of Neonicotinoid Residues in Tea. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 61, 12565-12571 (2013).
- Karmakar, R., Kulshrestha, G. Persistence, metabolism and safety evaluation of thiamethoxam in tomato crop. Pest Management Science. 65 (8), 931-937 (2009).
- Dauterman, W. C., Viado, G. B., Casida, J. E., O’Brien, R. D. Persistence of Dimethoate and Metabolites Following Foliar Application to Plants. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 8 (2), 115-119 (1960).
- Lucier, G. W., Menzer, R. E. Nature of oxidative metabolites of dimethoate formed in rats, liver microsomes, and bean plants. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 18 (4), 698-704 (1970).
- Yang, G. W. . Construction of Camellia sinensis Cell Suspension Culture and Primary Study on Kineties. , (2004).
- Jiao, W., et al. Comparison of the Metabolic Behaviors of Six Systemic Insecticides in a Newly Established Cell Suspension Culture Derived from Tea (L.) Leaves. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 66, 8593-8601 (2018).
- Mustafa, N. R., Winter, D. W., Iren, F. V., Verpoorte, R. Initiation, growth and cryopreservation of plant cell suspension cultures. Nature Protocols. 6, 715-742 (2011).
- Zhong, J. J., Bai, Y., Wang, S. J. Effects of plant growth regulators on cell growth and ginsenoside saponin production by suspension cultures of Panax quinquefolium. Journal of Biotechnology. 45, 227-234 (1996).
- Grover, A., et al. Production of monoterpenoids and aroma compounds from cell suspension cultures of Camellia sinensis. Plant Cell, Tissue and Organ Culture. 108, 323-331 (2012).
- Lei, P. D., et al. Prevent Browning of Axillary Buds in vitro Culture of Camellia sinensis. Chinese Agricultural Science Bulletin. 28, 190-193 (2012).
- Hou, X., Guo, W. The effect of various nitrogen sources on the growth and nitrate assimilation indicator of suspension roselle cell. Guihaia. 18, 169-172 (1998).
- Shimabukuro, R. H., Walsh, W. C. Xenobiotic Metabolism in Plants: In vitro Tissue, Organ, and Isolated Cell Techniques. ACS Symposium Series. 97 (1), 3-34 (1979).
