Micropropagation of Zuccagnia punctata, an argentine medicinal plant, by means of “in vitro” technology to promove its conservation and the sustainable production of bioactive compounds

Abstract

Zuccagnia punctata Cav. (“jarilla poposa”) is a monotypic argentine native medicinal plant used by indigenous communities for the treatment of several pathologies. The pharmacological properties have been scientifically validated and its potential use in phytocosmetic and pharmaceutic industry as antiaged, hypoglycemic, anti-inflammatory, antitumoral, antioxidant, antibacterial and antimicotic has been previously demonstrated. However, the species has a low propagation rate in natural conditions and has been included in the preliminary red list of endangered plants in category 3. Therefore, it is necessary to develop methodologies leading to its conservation and propagation to achieve its sustainable use. The objective of this work is to perform a micropropagation protocol for Z. punctata species for the sustainable use and conservation of this species. Furthermore, the study evaluated also the impact of “in vitro” propagation on the content of bioactive compounds of ethanolic extracts obtained from Z. punctataplants obtained “in vitro” with collected wild plants. Seeds have been used as mother material. The seed germination to obtain explants were performed on Murashige and Skoog medium (MS) without plant growth regulators (PGRs) containing sucrose, agar, and ascorbic acid. The same medium was employed for the multiplication of shoots. “In vitro” rooting was achieved in liquid and semisolid medium, and a higher yield was obtained in the latter. The plants were transferred into commercial substrate and acclimatized in a greenhouse. The micropropagated plants (MP) had a high content of total phenolic compounds similar to those obtained from wild adult plants (WAP) collected in the Monte Desert. The flavonoid content of MP was higher than that of WAP. The main chalcones identified in WAP, 2′,4′ dihydroxychalcone (DHC) and 2′,4′-dihydroxy-3′-methoxychalcone (DHMC) were also present in the MP with a rate 1/1, and 1/3 in WAP. The extracts obtained from the MP showed antioxidant, antiinflammatory and antimicrobial activity, similar to WAP. The “in vitro” propagation and acclimatization of Z. punctata constitutes a fundamental tool to achieve large-scale multiplication of this species in the future and the sustainable production of bioactive compounds with commercial applications. Reimplantation in the natural habitat could prevent the loss of this medicinal genetic resource.

Zuccagnia punctata Cav. (“jarilla poposa”) es una planta medicinal nativa argentina monotípica utilizada por las comunidades indígenas para el tratamiento de diversas patologías. Las propiedades farmacológicas fueron validadas científicamente y previamente se demostró su potencial uso en la industria fitocosmética y farmacéutica como antienvejecimiento, hipoglucemiante, antiinflamatorio, antitumoral, antioxidante, antibacteriano y antimicótico. Sin embargo, la especie tiene una baja tasa de propagación en condiciones naturales y ha sido incluida en la lista roja preliminar de plantas en peligro de extinción en la categoría 3. Por ello, se requiere desarrollar metodologías que permitan su conservación y propagación para lograr un uso sostenible. El objetivo de este trabajo es realizar un protocolo de micropropagación de la especie Z. punctata y evaluar el efecto de la propagación “in vitro” sobre el contenido de compuestos bioactivos en extractos etanólicos de plantas micropropagadas y plantas adultas salvajes colectadas a campo. Para ello se utilizaron semillas como material madre. La germinación de las semillas para la obtención de explantos se realizó en medio Murashige y Skoog (MS) sin reguladores de crecimiento conteniendo sacarosa, agar y ácido ascórbico. Se utilizó el mismo medio para la multiplicación de los brotes. El enraizamiento “in vitro” se logró en medio líquido y semisólido, logrando mayor rendimiento en este último. Las plantas se transfirieron en sustrato comercial y se aclimataron en un invernadero. Las plantas micropropagadas (PM) tuvieron un alto contenido de compuestos fenólicos totales similares a los obtenidos de plantas adultas silvestres (PAS) recolectadas en el desierto de Monte. El contenido de flavonoides de las PM fue mayor que el de las PAS y las principales chalconas identificadas en PAS, 2ʹ,4ʹ dihidroxichalcona (DHC) y 2ʹ,4ʹ-dihidroxi3ʹ-metoxichalcona (DHMC) también estuvieron presentes en las plantas micropropagadas en una proporción de 1/1, mientras que en PAS fue de 1/3. Los extractos obtenidos de las PM presentaron actividad antioxidante, antiinflamatoria, y antimicrobiana similares a las PAS. La propagación “in vitro” y aclimatación de Z. punctata constituye una herramienta fundamental para lograr en el futuro la multiplicación a gran escala de esta especie y la producción sostenible de compuestos bioactivos con aplicaciones comerciales. La reimplantación en el hábitat natural podría evitar la pérdida de este recurso genético medicinal.