Luận án nghiên cứu tạo rễ tơ cây bạch hoa xà plumbago zeylanica l và khảo sát khả năng tạo plumbagin trong nuôi cấy in vitro

Chuyên khảo phân tích Luận án nghiên cứu tạo rễ tơ cây bạch hoa xà plumbago zeylanica l và khảo sát khả năng tạo, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên cứu tiếp

Trường đại học

Viện Sinh học Nhiệt đới

Chuyên ngành

Công nghệ sinh học

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

luận án

2023

256
4
0

Phí lưu trữ

55 Point

Mục lục chi tiết

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

TÓM TẮT

ABSTRACT

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Cây Bạch hoa xà

1.2. Nguồn gốc và phân loại

1.3. Đặc điểm hình thái

1.4. Thành phần hóa học

1.5. Công dụng của dịch trích ly từ rễ cây BHX

1.6. Cấu trúc và đặc tính hóa học

1.7. Sinh tổng hợp Plumbagin ở thực vật

1.8. Hoạt tính của Plumbagin

1.8.1. Hoạt tính kháng oxy hóa

1.8.2. Hoạt tính kháng viêm

1.8.3. Hoạt tính kháng ung thư

1.8.4. Hoạt tính kháng khuẩn

1.8.5. Hoạt tính kháng nấm

1.8.6. Độc tính của plumbagin

1.9. Tình hình nghiên cứu thu nhận hoạt chất Plumbagin từ thực vật

1.10. Chuyển hóa thứ cấp từ thực vật

1.10.1. Hợp chất thứ cấp từ thực vật

1.10.2. Con đường chuyển hóa các hợp chất thứ cấp

1.11. Dược tính của các hợp chất thứ cấp từ thực vật

1.12. Sự cần thiết nuôi cấy rễ tơ thu nhận hợp chất thứ cấp

1.13. Sự hình thành rễ tơ ở thực vật

1.14. Chuyển gen tạo rễ tơ nhờ Agrobacterium rhizogenes

1.14.1. Ri-plasmid của vi khuẩn Agrobacterium rhizogenes

1.14.2. Sự chuyển nạp gen từ vi khuẩn Agrobacterium rhizogenes vào tế bào thực vật

1.14.3. Sự biểu hiện của các gen vi khuẩn Agrobacterium rhizogenes trong mô thực vật

1.15. Tạo rễ tơ ở thực vật bằng Agrobacterium rhizogenes

1.16. Nuôi cấy rễ tơ ở thực vật

1.16.1. Ảnh hưởng của dòng rễ tơ

1.16.2. Nguồn dinh dưỡng và điều kiện nuôi cấy

1.16.3. Ảnh hưởng của elicitor

1.16.4. Nuôi cấy rễ tơ để thu nhận các hoạt chất thứ cấp

2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP

2.1. Nguyên vật liệu

2.2. Môi trường và điều kiện nuôi cấy

2.3. Phương pháp thực nghiệm

2.3.1. Tạo và chọn nguồn vật liệu in vitro cây Bạch hoa xà dùng cho chuyển gen

2.3.2. Khảo sát điều kiện khử trùng mẫu

2.3.3. Khảo sát môi trường tối ưu để tạo chồi trực tiếp từ chồi ngủ

2.3.4. Phát triển cây hoàn chỉnh từ chồi in vitro

2.3.5. Khảo sát khả năng tạo rễ bất định từ lá và đoạn thân cây Bạch hoa xà in vitro

2.3.6. Ảnh hưởng của một số yếu tố đến sự hình thành rễ tơ

2.3.7. Chuyển gen cảm ứng tạo rễ tơ

2.3.8. Kiểm tra sự hiện diện của gen rol trong T-DNA của vi khuẩn hợp nhất được vào bộ gen tế bào rễ tơ bằng phương pháp PCR

2.3.9. Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng và tích lũy hoạt chất plumbagin trong nuôi cây rễ tơ cây Bạch hoa xà

2.3.10. Ảnh hưởng trạng thái môi trường

2.3.11. Ảnh hưởng của điều kiện chiếu sáng lên khả năng sinh trưởng của rễ tơ

2.3.12. Ảnh hưởng môi trường nuôi cấy lên sự sinh trưởng của rễ tơ

2.3.13. Ảnh hưởng khối lượng ban đầu

2.3.14. Xác định đường cong tăng trưởng

2.3.15. Ảnh hưởng của một số yếu tố dinh dưỡng và elicitor lên sự sinh trưởng của rễ tơ

2.3.16. Định tính và định lượng hoạt chất Plumbagin ở rễ tơ

2.3.16.1. Ly trích và chuẩn bị mẫu cho phân tích HPLC
2.3.16.2. Định tính Plumbagin bằng sắc ký lớp mỏng (TLC)
2.3.16.3. Định lượng Plumbagin bằng HPLC

2.3.17. Khảo sát khả năng kháng tế bào ung thư biểu mô gan của Plumbagin

2.3.18. Xử lý số liệu

3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Tạo và chọn nguồn vật liệu in vitro

3.2. Xác định điều kiện khử trùng mẫu

3.3. Khảo sát tìm môi trường tối ưu để tạo chồi trực tiếp từ chồi ngủ

3.4. Phát triển cây hoàn chỉnh từ chồi in vitro

3.5. Khảo sát khả năng tạo rễ bất định của lá và đoạn thân cây Bạch hoa xà in vitro

3.6. Chuyển gen tạo rễ tơ cây Bạch hoa xà

3.7. Ảnh hưởng của một số yếu tố đến sự hình thành rễ tơ

3.8. Xác định hoạt chất Plumbagin tích lũy trong rễ tơ

3.9. Một số yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng và tổng hợp Plumbagin

3.9.1. Trạng thái môi trường

3.9.2. Điều kiện chiếu sáng

3.9.3. Ảnh hưởng của loại môi trường nuôi cấy lên sự sinh trưởng của rễ tơ

3.9.4. Ảnh hưởng của lượng rễ ban đầu đến tăng trưởng rễ tơ BHX nuôi cấy

3.9.5. Xác định đường cong tăng trưởng

3.9.6. Ảnh hưởng của một số yếu tố sinh dưỡng và elicitor lên sự sinh trưởng rễ tơ BHX nuôi cấy

3.10. Khảo sát khả năng kháng tế bào ung thư biểu mô gan của Plumbagin

4. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ

5. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN

6. DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về cây Bạch hoa xà

Cây Bạch hoa xà (Plumbago zeylanica L.) là một loài cây dược liệu quan trọng, thuộc họ Plumbaginaceae. Cây có nguồn gốc từ vùng Tây Bắc Châu Á và phân bố rộng rãi ở các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới. Rễ cây chứa thành phần chính là Plumbagin, một hợp chất naphthoquinone có nhiều đặc tính dược liệu như kháng tế bào ung thư, kháng khuẩn và kháng nấm. Theo y học cổ truyền, cây được sử dụng để điều trị nhiều bệnh lý, đặc biệt là các bệnh về da. Nghiên cứu cho thấy, Plumbagin có khả năng ức chế sự phát triển của tế bào ung thư và có tác dụng kháng viêm, kháng khuẩn. Việc nghiên cứu và phát triển nguồn nguyên liệu từ cây Bạch hoa xà thông qua nuôi cấy rễ tơ là cần thiết để đáp ứng nhu cầu dược liệu ngày càng tăng.

II. Tạo rễ tơ từ cây Bạch hoa xà

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc tạo rễ tơ từ cây Bạch hoa xà có thể thực hiện thông qua kỹ thuật chuyển gen. Cơ quan thực vật được chọn để chuyển gen là lá, với hiệu quả chuyển gen cao nhất đạt được khi sử dụng Agrobacterium rhizogenes. Thời gian ủ và hàm lượng acetosyringone cũng có ảnh hưởng đáng kể đến tỷ lệ chuyển gen. Kết quả cho thấy, điều kiện tối ưu để tạo rễ tơ là môi trường MS, nuôi cấy trong điều kiện tối và ở dạng lỏng. Việc sử dụng ma trận Plackett-Burman giúp xác định các yếu tố dinh dưỡng và elicitor ảnh hưởng đến sự phát triển và tích lũy Plumbagin trong rễ tơ. Điều này mở ra hướng đi mới trong việc sản xuất dược liệu từ cây Bạch hoa xà.

III. Khả năng tích lũy Plumbagin trong rễ tơ

Khả năng tích lũy Plumbagin trong rễ tơ cây Bạch hoa xà phụ thuộc vào nhiều yếu tố như môi trường nuôi cấy, điều kiện ánh sáng và dinh dưỡng. Nghiên cứu cho thấy, môi trường nuôi cấy có bổ sung nước dừa, chitosan, salicylic acid và peptone cho kết quả tối ưu về trọng lượng tươi, trọng lượng khô và hàm lượng Plumbagin. Việc xác định các yếu tố này không chỉ giúp tối ưu hóa quy trình nuôi cấy mà còn nâng cao hiệu quả sản xuất Plumbagin. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển nguồn nguyên liệu dược liệu từ cây Bạch hoa xà, phục vụ cho nhu cầu y học hiện đại.

IV. Tác động của Plumbagin đến tế bào ung thư

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng Plumbagin có tác dụng kháng tế bào ung thư biểu mô gan. Qua các thí nghiệm, Plumbagin đã làm giảm mật độ tế bào HepG2, gây ra sự phân mảnh của nhân và ảnh hưởng đến biểu hiện của các gene liên quan đến quá trình apoptosis như baxbcl-2. Những kết quả này cho thấy Plumbagin không chỉ có khả năng ức chế sự phát triển của tế bào ung thư mà còn kích thích quá trình chết theo chương trình của tế bào. Điều này mở ra triển vọng cho việc sử dụng Plumbagin như một liệu pháp hỗ trợ trong điều trị ung thư.

25/01/2025

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Cây Bạch hoa xà 1.1 Nguồn gốc và phân loại Bạch hoa xà thuộc họ Plumbaginaceae, có nguồn gốc từ vùng Tây Bắc Châu Á. Họ Plumbaginaceae có 10 chi và 280 loài, nhiều loài thuộc chi Plumbago phân bố ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới [7], [135], [256], [258]. Ở Việt Nam, cây Bạch hoa xà (còn có nhiều tên khác: Bạch tuyết hoa, cây Chiến, cây Đuôi công [1], Đuôi công trắng, Bươm bướm trắng) là cây hoang dại, phân bố ở các tỉnh miền Trung và đồng bằng trung du Bắc bộ hoặc được trồng ở vườn các gia đình và các cơ sở khám chữa bệnh y học cổ truyền. Vị trí phân loại của cây như sau [288]: Giới Thực vật Phân giới Plantae Lớp Magnoliopsida Phân lớp Caryophyllidae Bộ Plumbaginales Họ Plumbaginaceae Chi Plumbago Loài Plumbago zeylanica L.2 Đặc điểm hình thái Bạch hoa xà là một loài cây sống lâu năm, cao khoảng 0,3 – 0,6 m, thân có đốt và nhẵn [1], cành có gốc màu lục.

Lá mọc so le, hình trứng đầu nhọn, dài từ 4 – 10 cm, mép nguyên, không có lông, nhưng mặt dưới hơi trắng nhạt [1]. Hoa 5 màu trắng, hợp thành bông khá dày đặc ở ngọn. Lá thuôn, nhọn ngắn bằng 1/3 đài hoa. Đài hoa hình trụ, có cạnh rõ, phủ đầy lông tuyến ở mặt ngoài, phía trên xẻ 5 răng nhọn, ngắn.

Tràng hình ống nhỏ, dài gấp đôi đài, 5 thùy hình trứng ngược, có mũi nhọn. Hoa có 5 nhị, nhẵn; bao phấn thuôn màu vàng; Bầu noãn bé, 1 vòi nhụy dài hình chỉ. Cây ra hoa quanh năm nhưng nhiều nhất vào các tháng 5 – 6 [1] (Hình 1. Hoa Rễ Lá Hình 1.1: Cây Bạch hoa xà: a.3 Thành phần hóa học Hoạt chất chính trong thành phần hóa học của cây Bạch hoa xà là chất Plumbagin (5-hydroxy-2-methyl-1, 4-naphthoquinone), có ở dạng đơn (hydro plumbagin, dihydro plumbagin, hydroxyl plumbagin (droseron), dihydroxy hydro plumbagin (idoshinanolon), chloro plumbagin, plumbagin acid); dạng ghép đôi (hai phân tử nối với nhau tạo thành biplumbagin: chitanon, zeylanon, isozeylanon và maritinon); có khi hai phân tử plumbagin và zeylanon ghép lại với nhau thành plumbazeylanon làm thành một triplumbagin.

Ngoài ra, cây còn chứa một số keton (elliptinon, vanilic acid), aminoacid (aspartic acid, tyrosin, tryptophan, threonin, alanin, histidin, glycin, methionin, hydroxy prolin .), ester (nonyl nonamoat, nonyl ethyl dodecanoat, benzyl 6 dihydroxy methoxy benzoat, stigmasterol acetal, lupeol acetat, keto dihydroxy ursenedioic acid dimethyl ester), terpenoid (bakuchiol, lupeol, sisterol, amyrin, taraxasterol),… Đặc biệt ở Việt Nam, ngoài linolenic và palmitic acid, Bạch hoa xà còn chứa 31 hóa chất ở trong thân, 13 trong lá và 13 trong rễ cây.4 Công dụng của dịch trích ly từ rễ cây BHX Theo Đông y, Bạch hoa xà có vị đắng, chát, tính hơi ôn, có độc tính; có tác dụng khử phong, giảm đau, tán ứ, tiêu thũng, giải độc, sát trùng. Rễ có vị đắng, chát, gây nôn. Toàn cây trị tràng nhạc, bạch huyết, bế kinh, tăng huyết áp; viêm tuyến vú, viêm hạch cấp, nấm, nhọt, rò hậu môn [1], [6]. Thành phần hóa học chủ yếu có trong dịch ly trích từ rễ là Plumbagin nên đã có nhiều nghiên cứu nhằm xác định công dụng của Plumbagin ly trích từ cây Bạch hoa xà, một số kết quả nghiên cứu được ghi nhận: - Kháng ung thư: hiệu quả kháng ung thư của Plumbagin được biểu hiện ở việc ức chế một vài loại ung thư như ung thư tuyến tiền liệt [182], ung thư phổi [87], [100] ung thư thanh quản [161], [228], ung thư buồng trứng [228] và ung thư da [259].

Tại Ấn Độ, Plumbagin chiết từ rễ cây Bạch hoa xà được sử dụng để điều trị khối u, ung thư thực nghiệm trên chuột, kết quả là đã làm kích thước khối u giảm 70%. - Kháng một số vi khuẩn: Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, Bacillus subtilis, Proteus vulgaris và Candida albicans [186], Helicobacter pylori [263]. - Kháng nấm: Alternaria alternata, Aspergillus niger, Bipolaris oryzae, Fusarium oxysporum, Phytophthora capsici, Rhizoctonia solani, Rhizopus stolonifer var. stolonifer và Sclerotinia sclerotiorum [216].1 Cấu trúc và đặc tính hóa học Plumbagin, 2-methoxy-5-hydroxy-1, 4-naphthoquinone (C11H8O3) (Hình 1.2), là sản phẩm tự nhiên được khẳng định có trong rễ cây Plumbago indica L., trọng lượng phân tử 188,18; màu vàng và điểm hòa tan 78-79oC.

Plumbagin tan nhẹ trong nước nóng và tan tốt trong các dung môi alcohol, acetone, chloroform, benzene và acetic acid. Plumbagin hấp thụ tốt ở các bước sóng 212, 266, 410 và 423 nm [160]. Cấu trúc phân tử của Plumbagin [255] 1.2 Sinh tổng hợp Plumbagin ở thực vật Trao đổi các hợp chất thứ cấp ở thực vật thường được hình thành qua trung gian trao đổi glucose nhờ các con đường shikimic, acetate và amino acid [79]. Hầu hết các Naphthoquinone được bắt nguồn từ con đường Shikimate, tuy nhiên Plumbagin hiện diện trong các loài Plumbago spp.

đều được tổng hợp từ 6 đơn vị C2 qua con đường acetate-malonate, Hình 1. 8 α-ketoglutatate CoASH+NAD+ glutamate CO2+NADH H3C COOH H3C COOH H3C ScoA NH2 Alanine - aminotransferase Pyruvate-dehydrogenase O O L-alanine Pyruvate Acetyl CoA 6S OH O OH OH O O O oxidation Reduction aldol condensatio decarboxylation SCoA CH3 O CH3 CH3 O O O Plumbagin Hình 1. Con đường sinh tổng hợp Plumbagin ở thực vật.3 Hoạt tính của Plumbagin 1.1 Hoạt tính kháng oxy hóa Hoạt tính sinh học của một số chất thuộc nhóm 1,4-Naphthoquinone, trong đó có Plumbagin đã được nghiên cứu ở tế bào sừng của người (HaCaT). Các hợp chất thuộc nhóm 1,4-Naphthoquinone gây độc tế bào, gây cảm ứng mạnh phản ứng oxy hóa chuyên biệt và làm suy giảm glutathione.

Tilak và cs (2004) [243] nghiên cứu tác dụng chống oxy hóa của Plumbagin từ rễ có trong các chế phẩm thuốc biểu hiện qua khả năng ức chế sự peroxide lipid. Các nghiên cứu về sự phân ly các phân tử do bức xạ hạt nhân được ghi nhận, các nhóm hydroxyl, alkyl peroxyl, linoleic peroxyl acid và bức xạ glutathinyl tạo ra bức xạ phenoxyl khi tương tác với Plumbagin. Từ những kết quả nhận được, Tilak và cs (2004) [243] 9 cho rằng thành phần hoạt chất của dịch chiết từ P. zeylanica là Plumbagin có hoạt tính kháng oxy hóa với hiệu quả cao [243].

Demma và cs (2009) [50] đã tiến hành nghiên cứu và xác nhận Plumbagin có khả năng làm giảm tổn thương DNA khi bị kích thích bởi catechol và cho rằng Plumbagin cũng có hoạt tính như một chất kháng oxy hóa ở nồng độ thấp (< 0,25 ng/ml). Khi theo dõi tác động của Plumbagin (nồng độ 1-16 mg/kg trọng lượng cơ thể) lên chuột, đo nồng độ peroxide lipid sau 24 giờ, đã ghi nhận được Plumbagin ức chế ascorbate ở chuột, Sankar và cs (1987) [204] nhận thấy Plumbagin chỉ tác động lên hoạt tính peroxide lipid phụ thuộc NADPH, nhưng không có tác dụng đối với sự peroxy lipid phụ thuộc cumene hydroperoxide [204]. Ngoài ra, Plumbagin còn có hoạt tính làm suy giảm glutathione (GSH) trong gan và hàm lượng glucose-6-phosphatase trong microsome. Các kết quả thu được cũng cho thấy Plumbagin sở hữu cả hai hoạt tính: kháng stress oxy hóa và kháng oxy hóa.

Đây là hoạt tính ưu việt của nhiều hợp chất tự nhiên [9], [10], [92], [115], [222].2 Hoạt tính kháng viêm Sinh lý bệnh viêm khớp dạng thấp liên quan đến viêm nhiễm, sự phân chia nguyên bào sợi (synoviocyte Proliferation), hình thành mạch và quá trình suy thoái bắt nguồn từ phức hợp metalloproteinase. Plumbagin được biết là một chất ức chế topoisomerase-II, ức chế một số enzyme tham gia sinh lý bệnh của viêm khớp dạng thấp và ức chế hoạt tính bạch cầu trung tính, hình thành mạch máu và biểu hiện collagenase. Những nghiên cứu này cho thấy, các chất ức chế topoisomerase-II, như Plumbagin, có thể được khám phá như nhân tố điều trị sinh lý bệnh viêm khớp dạng thấp [105].3 Hoạt tính kháng ung thư NF-kB là một yếu tố phiên mã phổ biến, giữ vai trò trung tâm trong việc điều hòa nhiều quy trình như: tăng sinh tế bào, biểu hiện của một số gen miễn dịch và cảm ứng gây chết theo chương trình (apoptosis) ở tế bào bạch cầu, đáp ứng miễn dịch bẩm sinh và thích nghi… Plumbagin được ghi nhận là kìm hãm hoạt tính NF-kB trong các tế bào khối u và có ảnh hưởng đến chức năng sinh học của tế bào bạch cầu thông qua các đáp ứng miễn dịch. Checker và cs (2009) [38] mô tả hiệu ứng miễn dịch của Plumbagin thông qua ức chế tăng sinh tế bào T dưới tác động của chất Concanavalin A bằng cách “đóng” chu kỳ tế bào.

Nó cũng biểu hiện khả năng ức chế hoạt tính của marker CD69 và CD25 ở các tế bào T khi được kích hoạt. Tuy nhiên, Plumbagin không làm suy giảm khả năng ức chế miễn dịch của tế bào lympho (ở nồng độ 5 µM). Tương tự, hiệu quả ức chế miễn dịch đã được xác nhận dựa trên mức cytokine ở thí nghiệm in vivo. Tín hiệu điều hòa đầu dòng của hoạt tính liên kết NF-kB-DNA bởi Plumbagin và sự ức chế NF-kB ở tế bào ung thư vú (BRCA) cũng đã được xác nhận.

Đây được xem là một cơ chế quan trọng về ảnh hưởng sinh học của Plumbagin [9].

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Luận án "Luận án nghiên cứu tạo rễ tơ từ cây bạch hoa xà và khảo sát khả năng tạo plumbagin trong nuôi cấy in vitro" của tác giả Bùi Đình Thạch, dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Hữu Hổ và PGS. Ngô Kế Sương, được thực hiện tại Viện Sinh học Nhiệt đới, năm 2023. Nghiên cứu này tập trung vào việc phát triển phương pháp tạo rễ tơ từ cây bạch hoa xà, đồng thời khảo sát khả năng tạo plumbagin trong điều kiện nuôi cấy in vitro. Kết quả của nghiên cứu không chỉ mở ra hướng đi mới trong việc nhân giống cây bạch hoa xà mà còn có thể ứng dụng trong sản xuất plumbagin, một hợp chất có giá trị trong y học.

Để mở rộng thêm kiến thức về công nghệ sinh học và các phương pháp nuôi cấy thực vật, bạn có thể tham khảo các tài liệu liên quan như Nghiên cứu quy trình nhân nhanh in vitro cây ráy mũi tên lá dài Alocasia longiloba, nơi trình bày quy trình nhân nhanh cây trồng trong điều kiện in vitro, hay Khảo sát khả năng nhân nhanh và tái sinh chồi lan Mokara vàng chanh trong hệ thống nuôi cấy ngập chìm tạm thời, nghiên cứu về khả năng tái sinh chồi của lan Mokara, một ứng dụng thực tiễn trong công nghệ sinh học. Những tài liệu này sẽ giúp bạn có cái nhìn sâu sắc hơn về các kỹ thuật nuôi cấy và phát triển cây trồng trong lĩnh vực công nghệ sinh học.