Enhancement of phenylethanoid glycosides biosynthesis in Castilleja tenuiflora Benth: Shoot cultures with cell wall oligosaccharides from Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici Race 3

Revista Mexicana de Ingeniería Química Vol. 14, No. CONTENIDO 3 (2015) 631-639 Volumen número 3, 2009 / Volume 8, number 3, 2009 ENHANCEMENT OF8,PHENYLETHANOID GLYCOSIDES BIOSYNTHESIS IN Castilleja tenuiflora Benth. SHOOT CULTURES WITH CELL WALL OLIGOSACCHARIDES FROM Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici RACE 3 213 Derivation and application of the Stefan-Maxwell equations ESTIMULACIÓN DE LA BIOSÍNTESIS DE LOS FENILETANOIDES (Desarrollo y aplicación de las ecuaciones de Stefan-Maxwell) GLICOSILADOS EN CULTIVOS DE BROTES DE Castilleja tenuiflora Benth. CON Stephen Whitaker OLIGOSACÁRIDOS DE PARED CELULAR DE Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici RAZA 3 Biotecnología / Biotechnology 1 , L. Bravo-Luna1 , K. Bermúdez-Torres1 , J.L. Trejo-Espino1 , B.A. Cardenas-Sandoval * hidrocarburos totales del petróleo 245 Modelado de la biodegradación en 2biorreactores de lodos 1de A. Zamilpa , G. Trejo-Tapia 1 Centro de Desarrollo de Productos Bióticos, Instituto Politécnico Nacional, P. O. Box 24, 62730, Yautepec, Morelos, México. intemperizados en suelos y sedimentos 2 Centro de Investigación Biomédica del Sur, Instituto Mexicano del Seguro Social, Argentina No. 1, Col. Centro, Xochitepec, (Biodegradation modeling Morelos, of sludge bioreactors of total petroleum hydrocarbons weathering in soil 62790, México. and sediments) Received April 8, 2015; Accepted July 14, 2015 S.A. Medina-Moreno, S. Huerta-Ochoa, C.A. Lucho-Constantino, L. Aguilera-Vázquez, A. Jiménez- Abstract González y M. Gutiérrez-Rojas 259 Crecimiento, sobrevivencia y adaptación de Bifidobacterium infantis a condiciones ácidas Phenylethanoid glycosides (PhGs) are promising natural products for the treatment of chronic diseases because of their wide adaptation of Bifidobacterium infantis to acidic conditions) range of biological activities.(Growth, Bioticsurvival stress and as pathogen attack (fungi) may stimulate the synthesis of PhGs through activation L. Mayorga-Reyes, P. Bustamante-Camilo, Gutiérrez-Nava, E. Barranco-Florido y A.cultures Azaola- are alternative of phenylalanine ammonia-lyase (PAL). Castilleja tenuiflora A.Benth. (Orobanchaceae) in vitro Espinosa sources of PhGs, however in that conditions, cultures have a diminished synthesis of these compounds. To increase the 265 Statistical approach affecting to optimization ethanol fermentation by Saccharomyces the yields of PhGs, the identification of factors theirofbiosynthesis is required. Here, we cerevisiae show thatinelicitation with cell wall oligosaccharides (CWOs) from Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici race 3 (Hyphomycetes) stimulates biosynthesis presence of Valfor® zeolite NaA of PhGs by increasing the activity of PAL. Upon elicitation with CWOs (13 µg/mL) the production of PhGs was enhanced (Optimización estadística de la fermentación etanólica de Saccharomyces cerevisiae en presencia de by 5-fold compared with untreated control. The maximum PAL activity in shoots cultured under CWOs elicitation were zeolita Valfor® zeolite NaA) also increased. Elicitation did not affect the shoot growth (length and biomass) but induced chlorosis, and delayed root G. Inei-Shizukawa, H. A. Velasco-Bedrán, G. F. Gutiérrez-López and H. Hernández-Sánchez formation of C. tenuiflora shoots. Our results demonstrate that elicitation with CWOs increases PhGs biosynthesis in C. tenuiflora shoot culture. Ingeniería de procesos / Process engineering Keywords: PAL, verbascoside, isoverbascoside, Castilleja tenuiflora, Fusarium oxysporum f. Sp licopersici race 3. 271 Localización de una planta industrial: Revisión crítica y adecuación de los criterios empleados en Resumen esta decisión Los feniletanoides glicosilados son sustancias que criteria pueden utilizarse para el tratamiento de enfermedades (Plant(FEGs) site selection: Critical reviewnaturales and adequation used in this decision) crónicas debido a su ampliaJ.R. gama de R.L. actividades biológicas. Un estrés biótico como el ataque de patógenos (hongos) a Medina, Romero y G.A. Pérez plantas, puede estimular la sı́ntesis de FEGs a través de la activación de la enzima fenilalanina amonı́aco-liasa (PAL). Los brotes de Castilleja tenuiflora Benth. (Orobanchaceae) cultivados in vitro producen FEGs, sin embargo, en esas condiciones se presenta una disminución en la sı́ntesis de estos compuestos. Para aumentar los rendimientos de los FEGs se requiere la identificación de los factores que afectan a su biosı́ntesis. En este trabajo se muestra que la elicitación con oligosacáridos de pared celular (OPCs) de Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici raza 3 (Hyphomycetes) estimula la biosı́ntesis de FEGs aumentando la actividad de la enzima PAL. La elicitación de los brotes de C. tenuiflora con OPCs (13 µg/mL), aumento la producción de FEGs 5 veces en comparación con el control y, provoco un aumento en la actividad máxima de la enzima PAL. Por otro lado, la elicitación no afectó el crecimiento de los brotes (longitud y biomasa), pero si indujo clorosis y retardo la formación de raı́ces. Nuestros resultados demuestran que la elicitación con OPCs incrementa la biosı́ntesis de FEGs en cultivos de brotes de C. tenuiflora. Palabras clave: PAL, verbascósido, Castilleja tenuiflora , elicitación fungica, Fusarium oxysporum f. Sp licopersici raza 3. * Corresponding author. E-mail: Tel.+52-735-39-420-20 Publicado por la Academia Mexicana de Investigación y Docencia en Ingenierı́a Quı́mica A.C. 631 Cardenas-Sandoval et al./ Revista Mexicana de Ingenierı́a Quı́mica Vol. 14, No. 3 (2015) 631-639 1 Introduction tenuiflora shoot cultures and the activity of PAL and peroxidase (POD), two defense-related enzymes. Castilleja tenuiflora Benth. is a member of the Orobanchaceae family, a perennial medicinal herb with proven health benefits including antiinflammatory (Sánchez et al., 2013), antioxidant (López-Laredo et al., 2012), anti-ulcerogenic (Sánchez et al., 2013) and cytotoxic activities (Moreno-Escobar et al., 2011). The main chemical compounds found in this species are: iridoids glycosides such as aucubin, the phenylethanoid glycosides (PhGs) verbascoside and isoverbascoside (Gómez-Aguirre et al., 2012) and flavonoids such as quercetin-type glycosides (López-Laredo et al., 2012) and apigenin (Gómez, 2011). PhGs are watersoluble natural occurring compounds, absorbable by human intestinal cells and with a wide spectrum of biological activities including anti-fungal (Funari et al., 2012), anti-inflammatory (Gyurkovska et al., 2011), antiradical (López-Laredo et al., 2012), cytotoxic (Pettit et al., 1990), and gastroprotective (Singh et al., 2010) among others. Castilleja tenuiflora in vitro cultures exhibit pharmacological activities comparable to that of wild plants and are attractive sources of PhGs (Sánchez et al., 2013) and iridoids (Martı́nez-Bonfil et al., 2011) constituting a sustainable alternative to produce highvalue products. Previously, we have shown that abiotic stress provoked by (...truncated)