Биосинтетическая активность гардении жасминовидной Gardenia jasminoides J. Ellis в культурах in vitro (обзор)

Введение. Гардения жасминовидная (Gardenia jasminoides Ellis) — вечнозеленый кустарник из семейства Rubiaceae, естественно произрастающий в Китае и Японии и активно культивируемый в качестве декоративного растения во многих регионах мира. В данном обзоре приведены данные о результатах исследований накопления биологически активных веществ (БАВ) в различных культурах, возможности индукции их биосинтеза и биологической активности БАВ, выделенных из культур гардении жасминовидной.

Текст. В настоящее время из интактного растения G. jasminoides выделено и идентифицировано около 162 соединений, среди которых флавоноиды, иридоидные гликозиды, желтый пигмент гардении, монотерпеноиды, сесквитерпеноиды, тритерпеноиды, органические кислоты и их производные. Наиболее важными биологически активными компонентами G. jasminoides являются иридоидные гликозиды и желтые пигменты – производные кроцина. Использование культур растительных клеток является одним из наиболее перспективных подходов к получению БАВ растительного происхождения, поскольку данный метод характеризуется меньшей зависимостью от климатических и экологических факторов, обеспечивает более точное управление процессом и позволяет сокращать производственный цикл, что способствует эффективному масштабированию производства. Рядом исследователей были получены каллусные и суспензионные культуры, а также культуры побегов и модифицированных корней G. jasminoides. С целью повышения продукции основных классов биологически активных веществ – иридоидных гликозидов, полифенольных соединений и каротиноидов – в каллусных, суспензионных и побеговых культурах гардении жасминовидной был проведен ряд исследований по введению в питательные среды специфических добавок. Было показано, что культуры клеток G. jasminoides обладают высокой антиоксидантной активностью благодаря фенольным соединениям, таким как феруловая и хлорогеновая кислоты. Экстракты каллусной культуры показали значительно большую супероксиддисмутазную активность, чем экстракты листьев. В то же время только экстракты каллусных культур проявляли антимикробную активность против Escherichia coli и Bacillus cereus.

Заключение. Обзор литературных данных позволяет заключить, что культуры G. jasminoides in vitro обеспечивают стабильное и усиленное производство ценных вторичных метаболитов (иридоидных гликозидов, полифенолов, каротиноидов), превосходящее показатели интактных растений, что открывает перспективы промышленного получения БАВ и препаратов на их основе.

1. Al-Juboory K. H., Skirvin R. M., Williams D. J. Callus induction and adventitious shoot regeneration of gardenia (Gardenia jasminoides Ellis) leaf explants. Scientia Horticulturae. 1998;72(3–4):171–178. DOI: 10.1016/S0304-4238(97)00060-5.

2. Lee J.-H., Lee D.-U., Jeong C.-S. Gardenia jasminoides Ellis ethanol extract and its constituents reduce the risks of gastritis and reverse gastric lesions in rats. Food and Chemical Toxicology. 2009;47(6):1127–1131. DOI: 10.1016/j.fct.2009.01.037.

3. Lelono R. A. A., Tachibana S., Itoh K. Isolation of antifungal compounds from Gardenia jasminoides. Pakistan Journal of Biological Sciences. 2009;12(13):949–956. DOI: 10.3923/pjbs.2009.949.956.

4. Hwang S. M., Lee Y. J., Yoon J. J., Lee S. M., Kang D. G., Lee H. S. Gardenia jasminoides inhibits tumor necrosis factor‐alpha‐induced vascular inflammation in endothelial cells. Phytotherapy Research. 2010;24(S2):214–219. DOI: 10.1002/ptr.3099.

5. Manickam B., Sreedharan R., Elumalai M. 'Genipin' – the natural water soluble cross-linking agent and its importance in the modified drug delivery systems: An overview. Current Drug Delivery. 2014;11(1):139–145. DOI: 10.2174/15672018113106660059.

6. Liu Z.-B., Chen J.-G., Yin Z.-P., Shangguan X.-C., Peng D.-Y., Lu T., Lin P. Methyl jasmonate and salicylic acid elicitation increase content and yield of chlorogenic acid and its derivatives in Gardenia jasminoides cell suspension cultures. Plant Cell, Tissue and Organ Culture (PCTOC). 2018;134:79–93. DOI: 10.1007/s11240-018-1401-1.

7. Popova E. V., Nosov A. V., Titova M. V., Kochkin D. V., Fomenkov A. A., Kulichenko I. E., Nosov A. M. Advanced biotechnologies: Collections of plant cell cultures as a basis for development and production of medicinal preparations. Russian Journal of Plant Physiology. 2021;68(3):385–400. DOI: 10.1134/S102144372103016X.

8. Povydysh M. N., Titova M. V., Ivanov I. M., Klushin A. G., Kochkin D. V., Galishev B. A., Popova E. V., Ivkin D. Y., Luzhanin V. G., Krasnova M. V., Demakova N. V., Nosov A. M. Effect of phytopreparations based on bioreactor-grown cell biomass of Dioscorea deltoidea, Tribulus terrestris and Panax japonicus on carbohydrate and lipid metabolism in type 2 diabetes mellitus. Nutrients. 2021;13(11):3811. DOI: 10.3390/nu13113811.

9. Povydysh M. N., Titova M. V., Ivkin D. Y., Krasnova M. V., Vasilevskaya E. R., Fedulova L. V., Ivanov I. M., Klushin A. G., Popova E. V., Nosov A. M. The hypoglycemic and hypocholesterolemic activity of Dioscorea deltoidea, Tribulus terrestris and Panax japonicus cell culture biomass in rats with high-fat diet-induced obesity. Nutrients. 2023;15(3):656. DOI: 10.3390/nu15030656.

10. Lagunin A., Povydysh M., Ivkin D., Luzhanin V., Krasnova M., Okovityi S., Nosov A., Titova M., Tomilova S., Filimonov D., Poroikov V. Antihypoxic action of Panax japonicus, Tribulus terrestris and Dioscorea deltoidea cell cultures: In silico and animal studies. Molecular Informatics. 2020;39(11):2000093. DOI: 10.1002/minf.202000093.

11. Salim S. A., Hamza S. Y., Habeeb M. S. Enhancement of Gardenia jasminoides Ellis friable callus growth and its constituents of some bioactive compounds. Plant Archives. 2019;19(2):398–402.

12. Ebrahim H. S., El Ashry A. A., Rabie S. A. A., Ismail I. A., El-Bahr M. K., Gabr A. M. M. Establishment of hairy root cultures by Agrobacterium rhizogenes mediated transformation of Gardenia jasminoides Variegata for enhancing phenolic and antioxidant accumulation capacity. Egyptian Pharmaceutical Journal. 2025;24(1):131–140. DOI: 10.21608/epj.2025.402973.

13. Chen L., Li M., Yang Z., Tao W., Wang P., Tian X., Li X., Wang W. Gardenia jasminoides Ellis: Ethnopharmacology, phytochemistry, and pharmacological and industrial applications of an important traditional Chinese medicine. Journal of Ethnopharmacology. 2020;257:112829. DOI: 10.1016/j.jep.2020.112829.

14. Uddin R., Saha M. R., Subhan N., Hossain H., Jahan I. A., Akter R., Alam A. HPLC-analysis of polyphenolic compounds in Gardenia jasminoides and determination of antioxidant activity by using free radical scavenging assays. Advanced Pharmaceutical Bulletin. 2014;4(3):273–281. DOI: 10.5681/apb.2014.040.

15. Wang L., Liu S., Zhang X., Xing J., Liu Z., Song F. A strategy for identification and structural characterization of compounds from Gardenia jasminoides by integrating macroporous resin column chromatography and liquid chromatography-tandem mass spectrometry combined with ion-mobility spectrometry. Journal of Chromatography A. 2016;1452:47–57. DOI: 10.1016/j.chroma.2016.05.026.

16. Luo Y.-J., Zuo Y.-M., Zhang Z.-L., Cai M.-T., Luo G.-M. Study on chemical constituents of Gardenia jasminoides (III). Zhong Yao Cai. 2014;37:1196–1199.

17. Oshima T., Sagara K., Yoshida T., Tong Y. Y., Zhang G. D., Chen Y. H. Determination of geniposide, gardenoside, geniposidic acid and genipin-1-β-gentiobioside in Gardenia jasminoides by high-performance liquid chromatography. Journal of Chromatography. 1988;455:410–414. DOI: 10.1016/s0021-9673(01)82148-8.

18. Zhou T., Zhao W., Fan G., Chai Y., Wu Y. Isolation and purification of iridoid glycosides from Gardenia jasminoides Ellis by isocratic reversed-phase two-dimensional preparative high-performance liquid chromatography with column switch technology. Journal of Chromatography B: Analytical Technologies in the Biomedical and Life Sciences. 2007;858(1–2):296–301. DOI: 10.1016/j.jchromb.2007.08.031.

19. Akihisa T., Watanabe K., Yamamoto A., Zhang J., Matsumoto M., Fukatsu M. Melanogenesis inhibitory activity of monoterpene glycosides from Gardeniae Fructus. Chemistry and Biodiversity. 2012;9(8):1490–1499. DOI: 10.1002/cbdv.201200030.

20. Peng K., Yang L., Zhao S., Chen L., Zhao F., Qiu F. Chemical constituents from the fruit of Gardenia jasminoides and their inhibitory effects on nitric oxide production. Bioorganic and Medicinal Chemistry Letters. 2013;23(4):1127–1131. DOI: 10.1016/j.bmcl.2012.11.099.

21. Chang W.-L., Wang H.-Y., Shi L.-S., Lai J.-H., Lin H.-C. Immunosuppressive iridoids from the fruits of Gardenia jasminoides. Journal of Natural Products. 2005;68(11):1683–1685. DOI: 10.1021/np0580816.

22. Zhou T., Liu H., Wen J., Fan G., Chai Y., Wu Y. Fragmentation study of iridoid glycosides including epimers by liquid chromatography-diode array detection/electrospray ionization mass spectrometry and its application in metabolic fingerprint analysis of Gardenia jasminoides Ellis. Rapid Communications in Mass Spectrometry. 2010;24(17):2520–2528. DOI: 10.1002/rcm.4643.

23. Chen Q. C., Zhang W. Y., Youn U., Kim H., Lee I., Jung H.-J., Na M., Min B.-S., Bae K. Iridoid glycosides from Gardeniae Fructus for treatment of ankle sprain. Phytochemistry. 2009;70(6):779–784. DOI: 10.1016/j.phytochem.2009.03.008.

24. Yu Y., Xie Z.-L., Gao H., Ma W.-W., Dai Y., Wang Y., Zhong Y., Yao X.-S. Bioactive iridoid glucosides from the fruit of Gardenia jasminoides. Journal of Natural Products. 2009;72(8):1459–1464. DOI: 10.1021/np900176q.

25. Zhang H., Feng N., Xu Y.-T., Li T.-X., Gao X.-M., Zhu Y., Song Y. S., Wang Y.-N., Wu H.-H. Chemical constituents from the flowers of wild Gardenia jasminoides J.Ellis. Chemistry and Biodiversity. 2017;14(5):201600437. DOI: 10.1002/cbdv.201600437.

26. Yu Y., Feng X.-L., Gao H., Xie Z.-L., Dai Y., Huang X.-J., Kurihara H., Ye W.-C., Zhong Y., Yao X.-S. Chemical constituents from the fruits of Gardenia jasminoides Ellis. Fitoterapia. 2012;83(3):563–567. DOI: 10.1016/j.fitote.2011.12.027.

27. Okunji C. V., Caldwell S. A., McPhail L., et al. Phenolic constituents from Gardenia jasminoides and their effects on hepatocellular carcinoma. Journal of Ethnopharmacology. 2011;136:243–248.

28. Liu X., Yuan J., Zhang J., et al. Chemical constituents of Gardenia jasminoides Ellis and their bioactivity. Biochemical Systematics and Ecology. 2022;54:19–0.

29. Zhang Z., Feng H., Wu X., et al. Chemical and biological activities of Gardenia jasminoides fruits. Journal of Pharmacological Sciences. 2018;126(2):143–152.

30. Kim H. J., Kim E. J., Seo S. H., Shin C.-G., Jin C., Lee Y. S. Vanillic acid glycoside and quinic acid derivatives from Gardeniae Fructus. Journal of Natural Products. 2006;69(4):600–603. DOI: 10.1021/np050447r.

31. Farzinebrahimi R., Mat Taha R., Rashid K., Syafawati Yaacob J. The effect of various media and hormones via suspension culture on secondary metabolic activities of (Cape Jasmine) Gardenia jasminoides Ellis. The Scientific World Journal. 2014;2014:407284. DOI: 10.1155/2014/407284.

32. El-Sayeda I. M., El-Ziatb R. A., Muradc S. A., Tahaa L. S., Mahgouba M. H. Optimization of micropropagation protocol and secondary metabolites of Gardenia jasminoides plant. Plant Archives. 2020;20(2):9183–9189.

33. George P. S., Ravishankar G. A. Induction of crocin and crocetins in callus cultures of Gardenia jasminoides Ellis. Food biotechnology. 1995;9(1–2):29–38.

34. Bergonzi M. C., Righeschi C., Isacchi B., Bilia A. R. Identification and quantification of constituents of Gardenia jasminoides Ellis (Zhizi) by HPLC-DAD–ESI–MS. Food Chemistry. 2012;134(2):1199–1204. DOI: 10.1016/j.foodchem.2012.02.157.

35. Al-Maameri A. A. K., Almyali A. A. H. Effect of putrescine and type of light in callus of Gardenia jasminoides L. content from some effective medical compounds. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020;871(1):012017.

36. Liu Z., Mohsin A., Wang Z., Zhu X., Zhuang Y., Cao L., Guo M., Yin Z. Enhanced biosynthesis of chlorogenic acid and its derivatives in methyl-jasmonate-treated Gardenia jasminoides cells: A study on metabolic and transcriptional responses of cells. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 2021;8:604957. DOI: 10.3389/fbioe.2020.604957.

37. El-Ashry A. A. E.-L., Gabr A. M. M., Arafa N. M., El-Bahr M. K. Rutin accumulation in gardenia calli cultures as a response to phenyl alanine and salicylic acid. Bulletin of the National Research Centre. 2019;43:141.

38. Gabr A. M. M., Arafa N. M., El-Ashry A. A. E.-L., El-Bahr M. K. Impact of Zeatin and Thidiazuron on Phenols and Flavonoids Accumulation in Callus Cultures of Gardenia (Gardenia jasminoides). Pakistan Journal of Biological Sciences. 2017;20(7):328–335. DOI: 10.3923/pjbs.2017.328.335.

39. Reza F. Elicitatiοn study οn tοtal phenοlic and flavοnοid cοntent, and antiοxidant activity οf Gardenia jasminοides cell cultures. [Dissertation.] University of Malaya. 2017.

40. Tian Y., Huang X., Xu L., et al. Antioxidant and anti-inflammatory effects of Gardenia jasminoides Ellis fruit extract. Phytochemistry Reviews. 2014;13:467–476.

41. Zhu W., Li G., Zhou J. et al. Phytochemical analysis and antioxidant activity of Gardenia jasminoides fruits. Journal of Food Science. 2020;85(4):944–951.

42. Zhang L., Yang G., Li Z., et al. Bioactive components from Gardenia jasminoides and their mechanisms of action for oxidative stress protection. Journal of Functional Foods. 2019;56:297–303.

43. Yu L., Liu Y., Gao S., et al. Anti-tumor and antioxidant effects of Gardenia jasminoides fruit extract. Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics. 2020;374:209–220.

44. Zhao J., Guo J., Zuo Y., et al. Review on the pharmacological effects of Gardenia jasminoides. Phytochemistry Reviews. 2018;17:361–371.

45. Wang J., Yang Y., Zhang W., et al. Antioxidant and anti-inflammatory effects of Gardenia jasminoides Ellis on human health. Biomedicine & Pharmacotherapy. 2019;112:108677.

46. Zeng W., Li W., Feng H., et al. Investigating the protective effects of Gardenia jasminoides on oxidative stress-related diseases. Journal of Ethnopharmacology. 2020;249:112451.

47. Yang H., Zhang Y., Li T., et al. Cytotoxicity and anti-inflammatory activity of Gardenia jasminoides. Phytomedicine. 2019;55:12–19.

48. Wang M., Zhang Q., Li M., et al. Antidiabetic and antioxidant effects of Gardenia jasminoides fruits in type 2 diabetes rats. Journal of Diabetes Research. 2016;2016:9534741.

49. Zhang L., Yang X., Fu S., et al. Investigating the antimicrobial and antioxidant properties of Gardenia jasminoides fruit extract. Journal of Functional Foods. 2021;77:104357.