breve descripción:
La Farmacopea China (edición 2020) exige que el extracto metanólico de YCH no sea inferior al 20,0% [2], sin especificar otros indicadores de evaluación de la calidad. Los resultados de este estudio muestran que el contenido de los extractos metanólicos de las muestras silvestres y cultivadas cumplieron con el estándar de la farmacopea y no hubo diferencias significativas entre ellos. Por lo tanto, no hubo diferencia de calidad aparente entre las muestras silvestres y cultivadas, según ese índice. Sin embargo, los contenidos de esteroles totales y flavonoides totales en las muestras silvestres fueron significativamente mayores que los de las muestras cultivadas. Un análisis metabolómico adicional reveló una abundante diversidad de metabolitos entre las muestras silvestres y cultivadas. Además, se descartaron 97 metabolitos significativamente diferentes, que se enumeran en laTabla complementaria S2. Entre estos metabolitos significativamente diferentes se encuentran el β-sitosterol (ID es M397T42) y los derivados de quercetina (M447T204_2), que se ha informado que son ingredientes activos. Entre los metabolitos diferenciales también se incluyeron componentes no informados anteriormente, como trigonelina (M138T291_2), betaína (M118T277_2), fustina (M269T36), rotenona (M241T189), arctiína (M557T165) y ácido logánico (M399T284_2). Estos componentes desempeñan diversas funciones en la antioxidante, antiinflamatoria, eliminadora de radicales libres, anticancerígena y en el tratamiento de la aterosclerosis y, por lo tanto, podrían constituir supuestos componentes activos novedosos en YCH. El contenido de ingredientes activos determina la eficacia y calidad de los materiales medicinales [7]. En resumen, el extracto de metanol como único índice de evaluación de calidad YCH tiene algunas limitaciones y es necesario explorar más a fondo marcadores de calidad más específicos. Hubo diferencias significativas en los esteroles totales, los flavonoides totales y el contenido de muchos otros metabolitos diferenciales entre el YCH silvestre y el cultivado; por lo tanto, existían potencialmente algunas diferencias de calidad entre ellos. Al mismo tiempo, los posibles ingredientes activos del YCH recientemente descubiertos podrían tener un valor de referencia importante para el estudio de la base funcional del YCH y el desarrollo posterior de los recursos del YCH.
La importancia de los materiales medicinales genuinos ha sido reconocida desde hace mucho tiempo en la región específica de origen para producir hierbas medicinales chinas de excelente calidad.
8]. La alta calidad es un atributo esencial de los materiales medicinales genuinos, y el hábitat es un factor importante que afecta la calidad de dichos materiales. Desde que el YCH comenzó a utilizarse como medicamento, durante mucho tiempo ha estado dominado por el YCH salvaje. Tras la exitosa introducción y domesticación del YCH en Ningxia en la década de 1980, la fuente de materiales medicinales de Yinchaihu pasó gradualmente del YCH silvestre al cultivado. Según una investigación previa de fuentes de YCH [
9] y la investigación de campo de nuestro grupo de investigación, existen diferencias significativas en las áreas de distribución de los materiales medicinales cultivados y silvestres. El YCH silvestre se distribuye principalmente en la Región Autónoma Hui de Ningxia de la Provincia de Shaanxi, adyacente a la zona árida de Mongolia Interior y Ningxia central. En particular, la estepa desértica de estas zonas es el hábitat más adecuado para el crecimiento del YCH. Por el contrario, el YCH cultivado se distribuye principalmente al sur del área de distribución silvestre, como el condado de Tongxin (Cultivado I) y sus alrededores, que se ha convertido en la base de cultivo y producción más grande de China, y el condado de Pengyang (Cultivado II). , que se encuentra en una zona más al sur y es otra zona productora de YCH cultivado. Además, los hábitats de las dos zonas cultivadas mencionadas no son estepas desérticas. Por lo tanto, además del modo de producción, también existen diferencias significativas en el hábitat de los YCH silvestres y cultivados. El hábitat es un factor importante que afecta la calidad de los materiales medicinales a base de hierbas. Los diferentes hábitats afectarán la formación y acumulación de metabolitos secundarios en las plantas, afectando así la calidad de los productos medicinales.
10,
11]. Por lo tanto, las diferencias significativas en el contenido de flavonoides totales y esteroles totales y la expresión de los 53 metabolitos que encontramos en este estudio podrían ser el resultado de diferencias en el manejo del campo y el hábitat.
Una de las principales formas en que el medio ambiente influye en la calidad de los materiales medicinales es ejerciendo estrés sobre las plantas de origen. El estrés ambiental moderado tiende a estimular la acumulación de metabolitos secundarios [
12,
13]. La hipótesis del equilibrio crecimiento/diferenciación establece que, cuando los nutrientes son suficientes, las plantas crecen principalmente, mientras que cuando los nutrientes son deficientes, las plantas se diferencian y producen más metabolitos secundarios.
14]. El estrés por sequía causado por la deficiencia de agua es el principal estrés ambiental que enfrentan las plantas en zonas áridas. En este estudio, la condición del agua del YCH cultivado es más abundante, con niveles de precipitación anual significativamente más altos que los del YCH silvestre (el suministro de agua para el Cultivado I fue aproximadamente 2 veces mayor que el del Silvestre; el Cultivado II fue aproximadamente 3,5 veces mayor que el del Silvestre). ). Además, el suelo en el entorno salvaje es suelo arenoso, pero el suelo en las tierras de cultivo es suelo arcilloso. En comparación con la arcilla, el suelo arenoso tiene poca capacidad de retención de agua y es más probable que agrave el estrés por sequía. Al mismo tiempo, el proceso de cultivo iba acompañado a menudo de riego, por lo que el grado de estrés por sequía era bajo. El YCH silvestre crece en hábitats áridos naturales hostiles y, por lo tanto, puede sufrir un estrés por sequía más grave.
La osmorregulación es un importante mecanismo fisiológico mediante el cual las plantas enfrentan el estrés por sequía, y los alcaloides son importantes reguladores osmóticos en las plantas superiores.
15]. Las betaínas son compuestos alcaloides de amonio cuaternario solubles en agua y pueden actuar como osmoprotectores. El estrés por sequía puede reducir el potencial osmótico de las células, mientras que los osmoprotectores preservan y mantienen la estructura y la integridad de las macromoléculas biológicas y alivian eficazmente el daño causado por el estrés por sequía a las plantas.
16]. Por ejemplo, bajo estrés por sequía, el contenido de betaína de la remolacha azucarera y Lycium barbarum aumentó significativamente [
17,
18]. La trigonelina es un regulador del crecimiento celular y, bajo estrés por sequía, puede extender la duración del ciclo celular de la planta, inhibir el crecimiento celular y provocar una reducción del volumen celular. El aumento relativo de la concentración de soluto en la célula permite a la planta lograr una regulación osmótica y mejorar su capacidad para resistir el estrés por sequía.
19]. JIA X [
20] descubrió que, con un aumento en el estrés por sequía, Astragalus membranaceus (una fuente de la medicina tradicional china) producía más trigonelina, que actúa para regular el potencial osmótico y mejorar la capacidad de resistir el estrés por sequía. También se ha demostrado que los flavonoides desempeñan un papel importante en la resistencia de las plantas al estrés por sequía.
21,
22]. Un gran número de estudios han confirmado que el estrés por sequía moderada favorecía la acumulación de flavonoides. Lang Duo-Yong et al. [
23] comparó los efectos del estrés por sequía en YCH controlando la capacidad de retención de agua en el campo. Se encontró que el estrés por sequía inhibía el crecimiento de las raíces hasta cierto punto, pero en estrés por sequía moderado y severo (40% de la capacidad de retención de agua del campo), el contenido total de flavonoides en YCH aumentaba. Mientras tanto, bajo estrés por sequía, los fitoesteroles pueden actuar para regular la fluidez y permeabilidad de la membrana celular, inhibir la pérdida de agua y mejorar la resistencia al estrés.
24,
25]. Por lo tanto, la mayor acumulación de flavonoides totales, esteroles totales, betaína, trigonelina y otros metabolitos secundarios en el YCH silvestre podría estar relacionada con el estrés por sequía de alta intensidad.
En este estudio, se realizó un análisis de enriquecimiento de la vía KEGG en los metabolitos que resultaron ser significativamente diferentes entre el YCH silvestre y el cultivado. Los metabolitos enriquecidos incluyeron aquellos involucrados en las vías del metabolismo del ascorbato y aldarato, la biosíntesis de aminoacil-ARNt, el metabolismo de la histidina y el metabolismo de la beta-alanina. Estas vías metabólicas están estrechamente relacionadas con los mecanismos de resistencia al estrés de las plantas. Entre ellos, el metabolismo del ascorbato juega un papel importante en la producción de antioxidantes de las plantas, el metabolismo del carbono y el nitrógeno, la resistencia al estrés y otras funciones fisiológicas.
26]; La biosíntesis de aminoacil-ARNt es una vía importante para la formación de proteínas.
27,
28], que participa en la síntesis de proteínas resistentes al estrés. Tanto la vía de la histidina como la de la β-alanina pueden mejorar la tolerancia de las plantas al estrés ambiental.
29,
30]. Esto indica además que las diferencias en los metabolitos entre el YCH silvestre y el cultivado estaban estrechamente relacionados con los procesos de resistencia al estrés.
El suelo es la base material para el crecimiento y desarrollo de las plantas medicinales. El nitrógeno (N), el fósforo (P) y el potasio (K) del suelo son elementos nutrientes importantes para el crecimiento y desarrollo de las plantas. La materia orgánica del suelo también contiene N, P, K, Zn, Ca, Mg y otros macroelementos y oligoelementos necesarios para las plantas medicinales. Los nutrientes excesivos o deficientes, o las proporciones de nutrientes desequilibradas, afectarán el crecimiento, el desarrollo y la calidad de los materiales medicinales, y diferentes plantas tienen diferentes necesidades de nutrientes.
31,
32,
33]. Por ejemplo, un bajo estrés de N promovió la síntesis de alcaloides en Isatis indigotica y fue beneficioso para la acumulación de flavonoides en plantas como Tetrastigma hemsleyanum, Crataegus pinnatifida Bunge y Dichondra repens Forst. Por el contrario, demasiado N inhibió la acumulación de flavonoides en especies como Erigeron breviscapus, Abrus cantoniensis y Ginkgo biloba, y afectó la calidad de los materiales medicinales.
34]. La aplicación de fertilizante fosfatado fue eficaz para aumentar el contenido de ácido glicirrícico y dihidroacetona en el regaliz de los Urales.
35]. Cuando la cantidad de aplicación superó los 0,12 kg·m-2, el contenido total de flavonoides en Tussilago farfara disminuyó [
36]. La aplicación de un fertilizante fosfatado tuvo un efecto negativo sobre el contenido de polisacáridos en el rhizoma polygonati de la medicina tradicional china.
37], pero un fertilizante K fue efectivo para aumentar su contenido de saponinas [
38]. La aplicación de 450 kg·hm-2 K de fertilizante fue lo mejor para el crecimiento y la acumulación de saponina de Panax notoginseng de dos años de edad [
39]. Bajo la proporción de N:P:K = 2:2:1, las cantidades totales de extracto hidrotermal, harpagida y harpagosido fueron las más altas [
40]. La alta proporción de N, P y K fue beneficiosa para promover el crecimiento de Pogostemon cablin y aumentar el contenido de aceite volátil. Una baja proporción de N, P y K aumentó el contenido de los principales componentes efectivos del aceite de hoja de tallo de Pogostemon cablin [
41]. YCH es una planta tolerante a suelos áridos y podría tener requisitos específicos de nutrientes como N, P y K. En este estudio, en comparación con el YCH cultivado, el suelo de las plantas silvestres de YCH era relativamente estéril: el contenido del suelo de materia orgánica, N total, P total y K total fueron aproximadamente 1/10, 1/2, 1/3 y 1/3 de los de las plantas cultivadas, respectivamente. Por lo tanto, las diferencias en los nutrientes del suelo podrían ser otra razón de las diferencias entre los metabolitos detectados en el YCH cultivado y silvestre. Weibao Ma et al. [
42] encontró que la aplicación de una cierta cantidad de fertilizante N y fertilizante P mejoraba significativamente el rendimiento y la calidad de las semillas. Sin embargo, el efecto de los elementos nutrientes sobre la calidad de YCH no está claro y las medidas de fertilización para mejorar la calidad de los materiales medicinales necesitan más estudios.
Las hierbas medicinales chinas tienen las características de "Los hábitats favorables promueven el rendimiento y los hábitats desfavorables mejoran la calidad" [
43]. En el proceso de cambio gradual de YCH silvestre a cultivado, el hábitat de las plantas cambió de la estepa desértica árida y estéril a tierras de cultivo fértiles con agua más abundante. El hábitat del YCH cultivado es superior y el rendimiento es mayor, lo que resulta útil para satisfacer la demanda del mercado. Sin embargo, este hábitat superior provocó cambios significativos en los metabolitos de YCH; Será necesario seguir investigando si esto contribuye a mejorar la calidad del YCH y cómo lograr una producción de alta calidad de YCH a través de medidas de cultivo basadas en la ciencia.
El cultivo de hábitat simulado es un método para simular el hábitat y las condiciones ambientales de plantas medicinales silvestres, basado en el conocimiento de la adaptación a largo plazo de las plantas a tensiones ambientales específicas.
43]. Al simular diversos factores ambientales que afectan a las plantas silvestres, especialmente el hábitat original de las plantas utilizadas como fuente de materiales medicinales auténticos, el enfoque utiliza un diseño científico y una intervención humana innovadora para equilibrar el crecimiento y el metabolismo secundario de las plantas medicinales chinas.
43]. El método tiene como objetivo lograr las disposiciones óptimas para el desarrollo de materiales medicinales de alta calidad. El cultivo de hábitat simulado debería proporcionar una forma eficaz de producir YCH de alta calidad incluso cuando la base farmacodinámica, los marcadores de calidad y los mecanismos de respuesta a los factores ambientales no estén claros. En consecuencia, sugerimos que el diseño científico y las medidas de manejo de campo en el cultivo y producción de YCH se lleven a cabo con referencia a las características ambientales del YCH silvestre, como las condiciones del suelo árido, estéril y arenoso. Al mismo tiempo, también se espera que los investigadores lleven a cabo investigaciones más profundas sobre la base del material funcional y los marcadores de calidad del YCH. Estos estudios pueden proporcionar criterios de evaluación más eficaces para YCH y promover la producción de alta calidad y el desarrollo sostenible de la industria.
