|
 |
Details of project |
|
|
| Identifier |
91280 |
| Type |
NN |
| Principal investigator |
Zámboriné dr. Németh, Éva |
| Title in Hungarian |
Fenoloid komponensek felhalmozódásának háttere és összefüggései gyógynövényekben |
| Title in English |
Background and regularities of accumulation of phenolic compounds in medicinal plants |
| Keywords in Hungarian |
Fűszernövények, diverzitás, szárazság stressz, polifenolok, illóolaj, kemotaxonómia,, antioxidáns, |
| Keywords in English |
Spices, variability, drought stress, polyphenols, essential oils, chemotaxonomy, antioxidant |
| Discipline |
| Horticulture (Council of Complex Environmental Sciences) | 90 % | | Crop physiology (Council of Complex Environmental Sciences) | 5 % | | Ortelius classification: Plant water relations | | Cell biology and molecular transport mechanisms (Council of Medical and Biological Sciences) | 5 % |
|
| Panel |
Plant and animal breeding |
| Department or equivalent |
Department of Medicinal and Aromatic Plants (Corvinus University of Budapest) |
| Participants |
Benyóné György, Zsuzsanna
Inotai, Katalin
Pluhár, Zsuzsanna
Radácsi, Péter
Szabó, Krisztina
Tavaszi-Sárosi, Szilvia
|
| Starting date |
2014-01-01 |
| Closing date |
2017-03-31 |
| Funding (in million HUF) |
19.507 |
| FTE (full time equivalent) |
5.87 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
Ma már sok oldalról bizonyított, hogy a polifenolok mind a növények életében, mind humán vonatkozásban fontos biológiai aktivitásokkal bírnak. Hivatkozások utalnak rá, hogy a stresszhatások, mint a vízhiány a fenoloidok felhalmozódását serkentik, de gyógynövények esetében ezen adatok nagyon hiányosak. A Thymus vulgaris L. és a Melissa officinalis L. gyakran termesztett és felhasznált, mediterrrán eredetű gyógy- és fűszernövény. Fenoloidokat (illó és nem illó) valamint illóolajat akkumulálnak. Drogjaik számos gyógyszerkönyvben és monográfiában hivatalosak. Kiemelkedő antioxidáns tulajdonságuk és sokféle terápiás hatásuk feltételezhetően a fenoloidokhoz, főleg a fahéjsav-származékokhoz és flavonoidokhoz köthető. Más Lamiaceae fajokkal együtt e komponensek alapján egyre nő az érdeklődés irántuk.
A tervezett program keretében a/ alapvető kemotaxonómiai ismerteket kívánunk szerezni a./E fajok fenoloid vegyületeiről, intraspecifikus variabilitásukról, felhalmozódási dinamikájukról, egyedfejlődési és szervi jellegzetességeikről b./Jelenlétükről, mint szárazságstressz markerek/termékek e fajokban és ennek genetikai hátteréről. Fitotronos kísérletsorozatokat végzünk, elvégezzük a minták összfenoloid tartalmi (TPC, PhEur.), a fő komponensek szemi-kvantitativ (TLC) és kvantitatív (HPLC, LC-MS) analízisét valamint az illóolajtartalom és összetétel (PhEur, GC-MS) meghatározását. A rozmaringsav szintáz gén expressziójának nyomon követése a transzkripciós változásokról ad információt. Gyógynövény kutatásra specializált lengyel partnerünkkel a kapacitásainkat jobban ki tudjuk használni, a feladatokat megosztani és a hallgatókat, fiatal kutatókat a tapasztalatszerzésben segíteni.
Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
Kutatásunk célja, hogy feltárjuk az illó és nem illó fenoloid komponensek felhalmozódásának, élettani és genetikai hátterét, kemotaxonómiai jellegzetességeit két fontos gyógy-és fűszernövényben, a kakukkfűben és a citromfűben. Alapkérdéseink a következők:
Van-e a két faj fenolos vegyületeiben jelentős intraspecifikus változékonyság? Hogyan alakul a felhalmozódási dinamika az egyedfejlődés során?
Hogyan befolyásolja a vízellátás a fenolos komponensek (főképpen rozmaringsav, kávésav, apigenin és luteolin) mennyiségét, minőségét a kakukkfűben és a citromfűben? Van-e eltérés a különböző kemotípusok stresszreakcióiban?
Hogyan befolyásolja ezeket a folyamatokat a vízmegvonás ütemezése és időtartama?
Milyen egyéb változásokkal (morfológiai, fenológiai, élettani paraméterek, biomassza termelés) a feltárt kémiai módosulás? A fenoloidok változása együtt jár-e a drog antioxidáns akvititásának módosulásával?
Detektálható-e összefüggés a két hagyományos drogminőségi jellemző, a fenoloidok és illóolajok között? Ez a kérdés mind az összhatóanyag mind az egyes komponensek vonatkozásában érdekes.
A rozmaringsav mennyiségi ingadozása összefüggést mutat-e rozmaringsav szintáz génjének kifejeződésével a transzkripciós szinten? Leírható-e valamilyen feed-back reakció?
Elméleti szempontból fontos megismerni, hogy az eredményeket mennyire általánosíthatjuk vagy jellemzőek-e a geno/kemotípusokra? Gyakorlati vetület, hogy milyen következtetések vonhatók le arról, hogy hogyan és milyen mértékben befolyásolhatjuk a termesztésben a fenoltartalom alakulását,.
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
A fenoloidok a másodlagos anyagcseretermékek nagy csoportja. Az utóbbi időszakban a fenolsavakat, flavonoidokat, katehineket és illó fenolos molekulákat, mint hatékony antioxidánsokat ismerjük és alkalmazzák számos terápiás területen továbbá élelmiszer tartósításra.
A kutatás során leírjuk a speciális fenolos vegyületek felhalmozódásának jellegzetességeit és hátterét két népszerű fajban, a kakukkfűben és a citromfűben, melyeket gyógy- és fűszernövényként széleskörűen használnak. Ez az első ilyen jellegű, szisztematikus kutatás.
Felmérjük a fontosabb fenoloidok minőségi és mennyiségi előfordulását, felhalmozódási dinamikáját, megadjuk a fajok kemotaxonómiai jellemzését e szempontból. Hiányzó adatokat nyerünk arról, hogy az illó és nem illó fenolos vegyületek hogyan változnak a vízellátás csökkenésével és a regenációs fázisban. A kutatás hiánypótló, amennyiben információt nyújt az a./különböző hatóanyagok (illóolaj, fenoloidok) b./ a fenoloidok és a növény növekedése, fejlődése, biomassza termelése közötti összefüggésekről is. Az antioxidáns hatás mérése új információkat szolgáltat a stressztűrésről és a fenoloidoknak e tekintetben játszott szerepéről. Összefüggéseket tárunk fel a rozmaringsav és a képződéséért közvetlenül felelős enzim génjének transzkripciós aktivitása között, esetleges visszacsatolási reakciókat írunk le.
Eredményeinkkel hozzájárulunk a növényi polifenolok akkumulációját előidéző és jellemző komplex mechanizmusok megismeréséhez, különösen az illóolajos fűszernövényekben, ahol az adatok igen hiányosak. A kutatás gyakorlati fejlesztések elméleti alapjait is megadja, melyek hozzájárulhatnak a jobb minőségű és gazdaságos drog kontrollált előállításához. Az adatok újabb elméleti és gyakorlati vizsgálatokhoz is támpontot adnak a jövőben.
A lengyel kutatóintézettel való együttműködésünk régi kapcsolatot erősíthet meg, segít mindkettőnk kapacitásainak jobb kihasználásában, szakmai fejlődésében és kiegészíti saját potenciálunkat. A fiatal kutatók és hallgatók számára lehetőség a kutatási tapasztalatok szerzésére, további pályázatok elnyerésére.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A gyógynövények jellemzői a biológiailag aktív másodlagos anyagaik. A gyógynövénytermékek iránt a világpiaci kereslet folyamatosan nő. Az utóbbi időben megnőtt az érdeklődés a fenolos vegyületek iránt, mivel bizonyítottnak látszik az egészség megőrzésében játszott fontos szerepüket.
A gyógyhatásaik mellett antioxidáns aktivitásuk is jelentős, s ezért gyorsan terjednek, mint természetes tartósítószerek az élelmiszer- és kozmetikai iparban is.
Sajnos, éppen a gyógynövények esetében igen kevés az információ a fenoloidok felhalmozódásának hátteréről, az azt befolyásoló tényezőkről.
A lengyel gyógynövénykutató intézettel együttműködésben végzett kutatásunk során ahhoz kívánunk hozzájárulni, hogy jobban megértsük e vegyületek képződésének komplex biológiai rendszerét és jelenségeit a növényekben. Vizsgáljuk mind az élő (fajon belüli változékonyság, egyedfejlődés, szervi különbségek) mind az élettelen (vízellátás, szárazság stressz) tényezők valamint a genetikai háttér hatását e speciális kémiai változásokra.
Két, széles körben ismert és használt gyógy-és fűszernövényt, a kakukkfüvet és a citromfüvet választottuk modellfajnak. Bár mindkettő mediterrán eredetű, vízigényük egészen eltérő, így összehasonlításuk hasznos információkat adhat. A kísérletek kivitelezése kontrollált klímakamrákban történik. Laborunkban a fenolos és az illóolaj komponensek mennyiségi és minőségi analízisét végezzük el, továbbá meghatározzuk összefüggéseiket a növényi biomasszával, küllemi és élettani tulajdonságokkal. Fontos elméleti ismeretek mellett, lehetőség nyílik a drogminőség célirányos befolyásolására is a termesztésben.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Significant function of polyphenols in plant life and their human benefits seem to be without doubt. Stress factors as water deficit are supposed to stimulate synthesis of these metabolites but data on medicinal and aromatic plants are scarce. Thymus vulgaris L. and Melissa officinalis L. are commonly cultivated and used culinary herbs accumulating both phenolic compounds (volatile/non-volatile ones) and essential oil. Their drugs are official in many Pharmacopoeias and monographs. Their outstanding antioxidant properties and numerous pharmacological activities seem to be connected to polyphenols mainly hydroxycinnamic acid derivatives, flavonoids. Together with other Lamiaceae species, they recently became an increasing importance based on these compounds.
In frame of the proposed project we want to clear up a/Principal chemotaxonomic features: intraspecific variability of phenolics, accumulation dynamics, ontogenetic and organic charactetistics b/The regularities of accumulation of these compounds as drought stress metabolites in the target species and its genetic background. We carry out test series in controlled environment (phytotron), determination of content of total phenolics (TPC, PhEur.), semi-quantitative (TLC) and quantitative (HPLC, LC-MS) analysis of main compounds, essential oil content and composition (PhEur, GC-MS) checking antioxidant activity. Characterisation of expression of rosmarinic acid synthase gene provides information about the background at transcriptional level. Polish cooperation enhances spezialised laboratory capacities and unifies our expertise in MAP research. It enables students and young scientists to gain professional experience.
What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
Our goal is to detect the chemotaxonomic characteristics, physiological regularities and genetic backgrounds of accumulation of special volatile and non-volatile phenolic compounds in important medicinal plants thyme and lemon balm. The main questions are the followings.
Is any significant intraspecific chemical diversity present in the species concerning their phenolic composition? How does plant ontogenesis influence the accumulation?
How water supply influences the quantity and quality of phenolic compounds (especially rosmarinic acid, caffeic acid, apigenin and luteolin) in thyme and lemon balm? What are the differences in stress responses connected to species or to their intraspecific taxa?
How does timing and duration of water deficiency affect these reactions?
Are there any characteristic symptoms concerning plant morphology, phenology, physiological parameters and biomass production connected to the detected chemical changes? How the changes in phenolics are reflected by antioxidant activity of the drug?
What are the connections between accumulation of phenols and the essential oil compounds known as traditional quality parameters? This question is interesting both as total contents and as the spectrum of compounds.
Do the changing levels of rosmarinic acid correlate with changing expression of relevant genes at transcriptional level? Are any feedback reactions detectable?
For theoretical aspects it is important to know to what extent the results can be generalised or characteristic for genotype. For practical aspects the conclusions about the possibilities and limitations on regulating phenolic content of the drugs in cultivation seem to be important.
What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
Phenolics represent a large group of plant secondary metabolites. Nowadays phenolic acids, flavonoids. catechins and phenolic volatile compounds have been declared as effective antioxidants, playing a role in numerous therapeutical directions but also as natural food preservatives.
In the new research project we plan to describe the regularities and backgrounds of accumulation of special phenolic compounds two popular species widely used both as medicinal and spice plants: thyme and lemon balm. It would be the first systematic study in MAPs on this topic.
Through the assessment of the variability of phenolics in different intraspecific taxa and their accumulation pattern and dynamics, a chemotaxonomical characterisation of the species can be provided. Accumulation of volatile and non-volatile phenolics in consequence of water supply, responses to drought stress, regeneration potential of the species will be evaluated. Our results contribute to fill the gap of information about the relationships between a./ the appearance of different types of active molecules (phenoloids and terpenoids) in the same plant and b./ the content of phenolics and growth, development, biomass production. Checking the antioxidant activity should provide useful information on stress tolerance and contribution of phenolics to this biological effect. New data will be collected on the transcriptional level regulation and accumulation pattern of rosmarinic acid with eventual feedback reactions in connection with extent and duration drought stress.
We contribute to the better understanding of the complex mechanism of biosynthesis and accumulation of special polyphenols in plants, especially essential oil containing spices, where such data are sporadic still. Besides, the research provides a direct theoretical background for practical developments aiming at the optimalization of economical drug production and high quality. A comprehensive evaluation of the question seems to give hints for further basic and applied research.
The cooperation with our Polish partner contributes to a strengthened research capacity, broadening of the traditional connection. Young researchers will gain expertise and new contacts for further proposals.
Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
Medicinal plants are characterized by biologically active secondary metabolites. The world market for their products is increasing continuously. Recently, phenolic compounds have come into the highlight of interest because of their potential benefits for human health. Beside their numerous pharmacological applications, due to their strong antioxidant effect, their use as natural preservatives in food and cosmetics is spreading fast.
Unfortunately, for medicinal species the information on the backgrounds and influencing factors of accumulation of phenolic compounds is still rather sporadic.
In our research with the Polish Institute project we intend to contribute to a better understanding of the complex system resulting in accumulation of these special compounds in plants. We examine the effect of both biotic (intraspecific variety, ontogenesis, organic differentiation) and abiotic (water supply) influencing factors and the genetic background of chemical changes. As model species, thyme and lemon balm widely used both as medicinal plants and spices were chosen. Although both are of Mediterranean origin, their water demand is definitely different therefore they would serve as good models for comparison. Experiments are carried out in controlled plant growth chambers. Quantitative and qualitative laboratory analysis of phenolic compounds and essential oil will be carried out as quality determining parameters and their connection with each other as well as with biomass production and other biological features of the plants are determined.
Beside significant theoretical findings, a goal oriented regulation of drug quality in the cultivation practice could be achieved.
|
|
|
|
|
