New biotechnological systems for the research on aryltetralin lignans in Linum album

Abstract

Linum album is an herbaceous plant with medical interest due to its content of podophyllotoxin (PTOX), an aryltetralin lignan with cytotoxic activity. The study of biotechnological alternatives has generated big interest. Organ and cell in vitro cultures offer the possibility of suppling aryltetralin lignans in accordance with a sustainable and rational utilization of biodiversity, however they need to be improved. Thus, in this work we analyzed the lignan accumulation patterns in four biotechnological systems of L.album in order to find alternatives of bioproduction. The four biotechnological platforms were established with wild type and transformed cell suspension cultures, adventitious roots isolated from in vitro plants, and hairy roots. The predominant lignan produced by wild type and transformed cells was PTOX. The main lignan produced by adventitious and hairy roots was 6- MPTOX, adventitious roots showed to be more productive, and we can infer that the transformation did not change the lignan patterns. In addition, we have studied the response to the elicitor coronatine in these systems. Transformed cells were the most sensitive after elicitation and showed an arrest of biomass growth in relation to other systems. In general, the elicitation increased the lignan content, but the more elicited route in each system resulted to be the less productive. Transcript profiling changed in elicited conditions, specially for the PLR gene in transformed cells. The analysis of morphogenesis development in the production of podophyllotoxin derivatives in callus cultures of Linum album showed that, the absence of plant growth regulators are a predominant factor, to induce the organogenic

and the bioproduction as well. Finally, approaches aiming at increasing podophyllotoxin content require multiple enzymatic steps that facilitate the metabolic flow to the final products, most of them forming multiprotein complexes. Based on this, the Yeast two hibrid system allowed to identify CTB5 as a potential interactor of the PLR protein of Linum album, and evidences in other species indicate that CTB5 participates in the phenylpropanoid pathway.

Linum album es una planta herbácea con interés farmacológico debido a su alto contenido de podofilotoxina (PTOX), el cual es un lignano de característica ariltetralin con actividad citotóxica. El estudio de las alternativas biotecnológicas ha generado gran interés. Los cultivos in vitro de órganos y células ofrecen la posibilidad de suministrar aryltetralin lignanos en acuerdo con una utilización sostenible y racional de la biodiversidad, sin embargo necesitan ser mejorados. Por tanto, en este trabajo se analizaron los patrones de acumulación de lignanos en cuatro sistemas biotecnológicos de L.album con el fin de encontrar alternativas en la bioproducción. Se establecieron cuatro plataformas biotecnológicas con cultivos en suspensión celular de tipo salvaje y transformados, raíces adventicias aisladas de plantas in vitro y raíces en cabellera. La PTOX fue el lignano predominante producido por células de tipo salvaje y transformadas. El principal lignano producido por las raíces adventicias y raíces transgénicas fue la metoxipodofilotoxina (MPTOX), en general las raíces adventicias fueron las más productivas, por lo cual podemos inferir que la transformación no afecto los patrones de bioproducción. Además, hemos estudiado la respuesta a la coronatina como elicitor en estos sistemas, donde las células transformadas fueron las más suceptibles a la elicitación mostrando una disminución en la biomasa en relación con los otros sistemas. En general, la elicitación aumentó el contenido de lignanos, aunque la ruta principal fue las menos favorecida en cada sistema. El perfil de expresión genética

elicitadas, especialmente para el gen PLR en las células transformadas. El análisis del desarrollo de la morfogénesis en la producción de derivados de podofilotoxina en cultivos de callos del Linum álbum mostró que la ausencia de reguladores del crecimiento es un factor predominante para inducir la respuesta organogénica y la bioproducción. Finalmente, las aproximaciones que apuntan a aumentar el contenido de podofilotoxina requieren múltiples pasos enzimáticos que faciliten el flujo metabólico hacia los productos finales, la mayoría de ellos formando complejos multiproteicos. Basado en lo anterior, la técnica del doble hibrido en levadura nos permitió identificar la CTB5 como un potencial interactor de la proteína PLR del Linum álbum, hallada en otras especies como interactor en la ruta metabolica de los fenilpropanoides.