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Establishment of Gentiana root cultures
Philipp Engleithner
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Pharmazie
Betreuer*in
Christoph Wawrosch
DOI
10.25365/thesis.81442
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-12321.64040.223541-9
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
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.
Abstract
(Englisch)
The genus Gentiana is of great interest to the pharmaceutical and food industries due to its secondary metabolites like e.g. the secoiridoid glycosides gentiopicroside, swertiamarin, and amarogentin. Because of the endangered status of wild populations of Gentiana lutea L. and the long growth period required for the roots to reach harvest maturity, this study aimed to establish hairy root cultures of Gentiana lutea L., G. cruciata L, G. purpurea L, and G. asclepiadea L. as a sustainable biotechnological alternative for metabolite production. In vitro seed germination protocols using ½ MS medium were established for these Gentiana species. Gibberillic acid (GA3) pretreatment (500 mg∙ L-1) combined with incubation at 25 °C resulted in a germination rate of nearly 100% for G. cruciata. In contrast, a lower temperature of 18 °C proved to be crucial for the successful development of G. lutea and G. asclepiadea, resulting in approximately 40% and 35% viable seedlings, respectively. 499 seedlings were inoculated with Rhizobium rhizogenes strain A4. Despite of using various infection methods, hairy root formation was not observed in any of the species. This suggests that strain A4 or the specific inoculation parameters used may not have been optimal for these species. For comparison in future studies, adventitious root cultures were successfully established in G. cruciata and G. lutea using 1-naphthaleneacetic acid (NAA) and 6-benzylaminopurine (BAP). HPLC analysis revealed that while gentiopicroside was present in the in vitro adventitious root cultures, the concentration (max. 0.11% in G. lutea) was significantly lower than the 2.65% found in commercially available Gentianae radix. Swertiamarin and amarogentin were not quantifiable in the adventitious root cultures. These results suggest that the accumulation of metabolites in Gentiana root cultures is strongly influenced by the plant’s developmental stage and environmental factors, and further studies on alternative bacterial strains and elicitation methods are required to achieve successful hairy root induction and higher metabolite yields.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Gentiana G. lutea G. asclepiadea G. cruciata G. purpurea Hairy roots Rhizobium rhizogenes Gentiopikrosid Swertiamarin Amarogentin
Schlagwörter
(Englisch)
gentiopicroside
Autor*innen
Philipp Engleithner
Haupttitel (Englisch)
Establishment of Gentiana root cultures
Publikationsjahr
2026
Umfangsangabe
55 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Christoph Wawrosch
Klassifikation
44 Medizin > 44.41 Pharmazeutische Biologie
AC Nummer
AC17915451
Utheses ID
81434
Studienkennzahl
UA | 066 | 605 | |