Production of pigments in Alternanthera sessilis calli mediated by plant growth regulators and light / Produção de pigmentos em calos de Alternanthera sessilis mediados por reguladores de crescimento e luz

Among the compounds produced by plants, pigments such as betalains have received attention from both food and pharmaceuticals industries. The Alternanthera sessilis species produces these pigments, though in small quantities, and so it is necessary to increase production. Thus, many studies use elicitors that are capable of triggering physiological or morphological responses in plants. The objective was to establish callus production in A. sessilis grown under different combinations of growth regulators and light qualities and to assess whether these factors can increase betalain and flavonoid production. Leaf and internodal explants in MS medium with different growth regulators were used to obtain calli, which were subsequently transferred to a betacyanin induction medium remaining for 40 days under different light qualities (white, blue, red, and dark). The most suitable treatment for callus formation and subsequent betalain and flavonoid induction was to combine a medium containing 6.7 µmol L-1 2,4-D and 9.0 µmol L-1 BAP and blue light. Physical elicitation by light combined with appropriate concentration of growth regulators on calli can increase production of commercially important metabolites.

Dentre os compostos produzidos pelas plantas, os pigmentos, como as betalaínas, vêm recebendo destaque tanto pela indústria alimentícia como farmacêutica. A espécie Alternanthera sessilis produz esses pigmentos, porém em pequenas quantidades, sendo necessário incrementar a produção. Para isso, muitos estudos utilizam elicitores que são capazes de desencadear respostas fisiológicas ou morfológicas nas plantas. O objetivo do trabalho foi estabelecer a produção de calos de A. sessilis crescidos quando submetidos a diferentes combinações de reguladores de crescimento e qualidades de luz, e avaliar se esses fatores são capazes de incrementar a produção de betalaínas e flavonoides. Foram utilizados explantes foliares e internodais em meio MS com diferentes reguladores de crescimento para obtenção dos calos que, posteriormente, foram transferidos para meio de indução de betacianina, onde permaneceram por 30 dias sob diferentes qualidades de luz (branca, azul, vermelha e escuro). O tratamento mais propício para formação de calos e consequente indução de betalaínas e flavonoides foi a combinação do meio contendo 6,7 µmol L-1 2,4-D e 9,0 µmol L-1 BAP e a luz azul. Conclui-se que a elicitação física pela luz em conjunto com a concentração adequada de reguladores de crescimento em calos é capaz de incrementar a produção de metabólitos de interesse comercial.

Salicylic acid on antioxidant activity and betacyan in production from leaves of Alternanthera tenella / Ácido salicílico sobre a atividade antioxidante e produção de betacianinas em folhas de Alternanthera tenella

This research investigates effects of salicylic acid (an abiotic elicitor) on the antioxidant activity and betacyan production from leaves of Alternanthera tenella cultured in vitro was evaluated. Plants were grown in a liquid MS medium and vermiculite substrate. After 35 days salicylic acid was added to the medium. Content of betacyanins, total phenols and flavonoids and non-enzymatic antioxidant capacity were determined in leaves of A. tenella after 0, 12, 36 and 48h of treatment. After 36h, concentration of betacyanins and total phenols increased. On the other hand, the increase of the treatment time caused a slight decrease in total flavonoids and reduced the DPPH free radical activity. As result the antioxidant activity of the leaves of A. tenella is promoted by salicylic acid and can be attributed to the increase in betacyanin content, which are compounds with recognized antioxidant action.

Este trabalho investiga o efeito do ácido salicílico (um elicitor abiótico) sobre a atividade antioxidante e produção de betacianinas em folhas de Alternanthera tenella cultivada in vitro. As plantas foram cultivadas em meio MS líquido e vermiculita como substrato. Após 35 dias, o ácido salicílico foi adicionado ao meio. Conteúdo de betacianinas, fenóis totais e flavonoides e a capacidade antioxidante não-enzimática foi determinada em folhas de A. tenella após 0, 12, 36 e 48h de tratamento. Após 36h, a concentração de betacianinas e fenóis totais aumentaram. Em contrapartida, o aumento no tempo de exposição causou uma ligeira diminuição nos teores de flavonoides totais e inibição da atividade do radical livre DPPH. Como resultado, a atividade antioxidante de folhas de A. tenella é promovida pelo ácido salicílico e pode ser atribuída ao aumento do conteúdo de betacianina, os quais são compostos com ação antioxidante reconhecida.

Pigment production and growth of Alternanthera plants cultured in vitro in the presence of tyrosine

The aim of the present study was to investigate the influence of tyrosine on the in vitro growth and the production of the betacyanin pigment in Alternanthera philoxeroides and A. tenella. Nodal segments were inoculated in MS medium containing different concentrations of tyrosine (0, 25, 50 and 75 μM), and the number of sprouts and buds, height, root length, fresh matter of shoots and roots and betacyanin content were evaluated. In A. philoxeroides , the highest production of betacyanin (51.30 mg 100 g-1 FM) was in the stems with the addition of approximately 45 μM tyrosine, while the increase in the leaves was proportional to the tyrosine concentration, and the best average was obtained with a tyrosine concentration of 75 μM (15.32 mg 100 g-1 FM). Higher tyrosine concentrations were deleterious to the growth of A. tenella plants, and a concentration of 75 μM was considered toxic. However, a tyrosine concentration of 50 μM benefitted betacyanin production, which reached 36.5 mg 100 g-1 FM in the plant shoots. These results showed the positive effect of tyrosine on the production of betacyanin in both species; however, application at high concentrations hampered the growth of Alternanthera plants.

Produção de betacianina em erva-de-jacaré cultivada in vitro com diferentes concentrações de sulfato de cobre / Betacyanin production in alligator weed, grown in vitro, with different concentrations of copper sulfate

A manipulação da concentração dos microelementos no meio de cultura representa uma boa estratégia para aumentar a produção de metabólitos secundários em cultura de tecidos. Este trabalho teve por objetivo demonstrar a influência do sulfato de cobre na produção de betacianina e na multiplicação de plantas de Alternanthera philoxeroides (erva-de-jacaré) cultivadas in vitro. Segmentos nodais, obtidos de plantas pré-estabelecidas e após três subcultivos, foram inoculados em meio MS, com diferentes concentrações de CuSO4 (0; 25; 75; 125; 175; 200µM). O delineamento experimental utilizado foi inteiramente casualizado, com seis concentrações de CuSO4 e cinco repetições representadas por um frasco contendo quatro explantes. Os resultados foram submetidos à análise de variância, à regressão polinomial e a análises de correlação entre as variáveis morfológicas e a produção de betacianina. Concentrações acima de 75µM diminuíram a altura das plantas, o número de brotos e gemas e o crescimento radicular, enquanto que, na concentração de 125µM, houve a maior produção de massa fresca. A produção de betacianina aumentou 60 por cento em relação ao controle com 175µM de CuSO4. Ocorreu crescimento das plantas em todas as concentrações de CuSO4 testadas, com exceção de 200µM, sendo esta considerada tóxica.

The manipulation of concentration of trace elements in the culture medium represents a good strategy to increase the production of secondary metabolites in tissue culture. This study aimed to demonstrate the influence of copper sulphate in the production of betacyanin and the multiplication of plants of Alternanthera philoxeroides (alligator weed) cultured in vitro. Nodal segments, obtained from plants pre-stablished and after three subcultures, were inoculated in basic MS with different concentrations of CuSO4 (0, 25, 75, 125, 175, 200µM). The results were subjected to analysis of variance, polynomial regression and correlation analysis between the morphological variables and the production of betacyanin. The experimental design was completely randomized with six concentration of CuSO4 and five replicates represented by a bottle containing four explants. Concentrations above 75µM decreased the height of the plant, number of shoots and buds and root growth, while the concentration of 125µM resulted in the highest fresh mass production. Betacyanin production increased 60 percent over control with 175µM CuSO4. Plant growth occurred in all tested concentrations of CuSO4, with the exception of 200µM which was toxic.