1. DIO: Kemijska raznolikost i predviđanje potencijalnih područja uzgoja Cistanche bilja

Kontakt: Audrey Hu Whatsapp/hp: 0086 13880143964 E-pošta:audrey.hu@wecistanche.com

Zbog neprijateljskog okruženja rasta i sve veće proizvodnje,Cistanche biljkesmanjili su se u broju. Cilj ove studije bio je procijeniti kvalitetu i predvidjeti potencijalno pogodna područja za dvije službene vrste i dvije neslužbene vrste (C. salsa i C. sinensis) tekućinskom kromatografijom visoke učinkovitosti i MaxEnt modelom. Rezultati su pokazali da je 2'-acetilakteozid prisutan samo uCistanche deserticola. Spoj se može koristiti kao potencijalni kemijski marker za razlikovanjeCistanche deserticolaod tri drugaCistanche biljke. Antocijanin A i karotenoid F bili su uobičajeni sastojci samo dviju službenih vrsta i stoga se mogu koristiti kao kemijski markeri za razlikovanje između službenih i neslužbenih vrsta. Rezultati predviđanja potencijalno prikladne distribucije pokazali su da C. sinensis ima puno šire regije za potencijalnu distribuciju od ostalih vrsta. Konačno, sadržaj ehinakozida uCistanche deserticolaznačajno se razlikovao između dvije prikladne potencijalne distribucije, a sadržaji uzoraka iz Unutarnje Mongolije bili su značajno viši od onih iz provincije Gansu. Ovo je prva primjena kombinacije sadržaja kemijskih komponenti i rezultata MaxEnt modela za ocjenu kvalitete biljnih lijekova. Naši rezultati mogu poslužiti kao referenca za održivo korištenje ugroženih vrsta Cistanche.

Od 72. Svjetske zdravstvene skupštine, tradicionalna medicina je uključena u Međunarodnu klasifikaciju bolesti (11. verzija), koja uglavnom potječe iz tradicionalne kineske medicine, a također je široko prihvaćena u zemljama jugoistočne Azije kao što su Japan, Koreja i Indija. Na konferenciji je istaknuto da tradicionalna medicina igra važnu ulogu u regulaciji zdravlja. Ljekovito bilje je uz akupunkturu i manipulaciju materijalna baza tradicionalne medicine. Točna uporaba i kombinacija različitih biljaka određuju konačnu učinkovitost tradicionalne medicine1-3. Osim toga, sadržaj i vrsta aktivnih komponenti u bilju variraju s njihovim botaničkim podrijetlom i okolišem rasta. Stoga su ispravno botaničko podrijetlo i prikladna okruženja za rast ključni za kliničku učinkovitost i sigurnost.

Cistanchebiljke se koriste kao dragocjeni tonik i jestive biljke za njegu muškaraca u Kini, Japanu i nekim zemljama jugoistočne Azije4,5. Četiri vrste iz roda poznate su po svojoj potencijalnoj medicinskoj vrijednosti u Kini, naime,Cistanche deserticola, Cistanchetubuloza, Cistanche salsa, iCistanche Sinensis. Osušene sukulentne stabljike prve dvije vrste zabilježene su u Kineskoj farmakopeji (izdanje iz 2015.), pod nazivomCistanches Herba. Ove vrste su korisne za bubrege i crijevni trakt. Druge dvije vrste konzumiraju se na nekim mjestima ili se koriste kao pretvorbeCistanches Herba. C. salsa je zabilježena u lokalnim biljnim standardima u pokrajinama Gansu (izdanje iz 1992.) i Xinjiang (izdanje iz 1987.). C. Sinensis je jedinstvena vrsta u Kini. Suvremena kemijska i farmakološka istraživanja pokazala su da kemijske komponente iz ovih biljaka imaju nekoliko učinaka, poput poboljšanja funkcije mozga, afrodizijačkog djelovanja i učinka na jačanje imuniteta.

Objavljene studije ukazuju na razliku u sadržaju i vrsti kemijskih sastojaka među različitimCistanche biljke, u kojem betain, međuprodukti Krebsovog ciklusa,feniletanoidni glikozidi,a iridoidi su smatrani četirima kemijskim markerima odgovornima za analizu diskriminacije izmeđuCistanchedeserticolaiCistanche tubulosa7,8. Detaljna studija pokazala je da su izomeri kampneozida II, cistanozida C i cistanozida A tri potencijalna

kemijski markeri za razlikovanje dviju gore spomenutih vrsta9. Daljnja istraživanja pokazala su da se osam feniletanoidnih glikozida može izabrati kao kemijski marker za razlikovanjeCistanche vrste, koji uglavnom uključujuCistanchedeserticola, Cistanchetubuloza,i C. sinensis10. Osim toga, sadržaj kemijskih sastojaka varira ovisno o zemljopisnom podrijetlu. Zhou i njegovi koautori naznačili su da je ukupni sadržaj sedam komponenti indeksa (kastanozid A, ehinakozid, izoakteozid, 2'-aktilakteozid, kastanozid C i tubluozid B)Cistanche tubulosas juga Xinjianga bile su približno šest puta one od Kuituna i Hamija u Kini11. Među tim kemijskim komponentama, acteoside iehinakozidsmatraju se komponentama indeksa za kontrolu kvalitete biljnih lijekova. Zabilježeno je da dvije komponente poboljšavaju rad mozga, a akteozid uglavnom doprinosi učincima afrodizijaka.

Modeli distribucije vrsta (SDM) su statistički modeli uspostavljeni s postojećim varijablama okoliša za zaključivanje ekoloških zahtjeva vrsta. Takvi modeli mogu mapirati potencijalnu distribuciju ciljane vrste na temelju promatranih podataka o distribuciji12. Do danas su SDM uspješno primijenjeni za predviđanje tendencije distribucije ugroženih i ekološki prihvatljivih biljaka tijekom klimatskih promjena13,14. Među tim modelima, MaxEnt model se obično koristi kao jednostavno sredstvo za predviđanje distribucije prikladnosti staništa s podacima samo o prisutnosti i dobro funkcionira s nepotpunim podacima, malim veličinama uzorka i prazninama14. U kombinaciji s nekim softverom (kao što je ArcGIS), istraživanje može izdvojiti ekološke i klimatske varijable mjesta prikupljanja uzoraka. Nadalje, potencijalno pogodna lokacija može se podijeliti na tri ili četiri razine15-17. Međutim, nijedna studija nije izvijestila o kombiniranim strategijama koje uključuju potencijalno pogodna mjesta nakon podjele i sadržaj kemijskih komponenti za kontrolu kvalitete biljnih lijekova.

U ovoj studiji, četiri ugrožene biljke Cistanche sakupljene su za procjenu kvalitete tekućinskom kromatografijom visoke učinkovitosti (HPLC), a sedam kemijskih komponenti korišteno je kao indeksi. Nadalje, MaxEnt model opremljen sa 26 varijabli okoliša korišten je za predviđanje potencijalno prikladnih područja za istraživanje optimalnih vrsta za daljnju upotrebu. Konačno, sustavno je analizirana kombinacija sadržaja indeksne komponente i pogodnih područja za bolji razvoj i korištenje ovih ugroženih područja.Cistanchepostrojenja u Kini i drugim zemljama.

Rezultati

Sadržaji sedam kemijskih komponenti izračunati su na temelju njihovih kalibracijskih krivulja. Sedam jednadžbi kalibracijskih krivulja bile su Y {{0}}.5400X plus 0.1616 (2′-acetil-lakteozid, R {{ 7}}.9992), Y=18.5640X plus 0.3724 (akteozid, R=0.9821), Y=15.635 0X plus 0.0090 (izoakteozid, R=0.9999), Y=12.7460X plus 0.0103 (tubulozid A , R=0.9999), Y=10.638X plus 0,1615 (cistanozid A, R=0.9997), Y=21.533X−0,0006 (cistanozid F, R=1), i Y=13.0740X plus 1.1381 (ehinakozid, R=0.9821); koncentracija (X) je vodoravna os, a područje vrha (Y) je okomita os. R je koeficijent korelacije i označava izvrsnu linearnu korelaciju između ovih kalibracijskih krivulja. Eksperiment s preciznošću (šest uzastopnih injekcija istog uzorka ekstraktivnih tvari) pokazao je da je preciznost dobra, a relativna standardna devijacija (RSD) površine vrha bila je između 0,3 posto i 0,8 posto. Slično tome, testovi ponovljivosti (šest uzastopnih ubrizgavanja istih ekstraktivnih tvari uzorka) i testovi stabilnosti (šest ubrizgavanja istih ekstraktivnih tvari uzoraka nakon 0, 2, 4, 8, 12 i 24 h) dali su RSD od 0,56–1,46 posto i 1,06– 3,60 posto, odnosno.

Daljnje analize sadržaja sedam sastavnica indeksa prikazane su u grupiranim vodoravnim okvirima koji sadrže rezultate vizualne usporedbe i značajne razlike ispisane malim slovima. Rezultati ispitivanja oporavka sedam sastojaka varirali su od 99,25 posto do 104,10 posto s RSD-ovima između 0,69 posto i 3,45 posto. Stoga je metoda bila točna.

Sadržaj sedam sastavnih dijelova indeksa u četiri vrste i zemljopisno podrijetlo iste vrste prikazani su u grupiranim vodoravnim okvirima. Sadržaji nekih kemijskih komponenti bili su ispod granice detekcije. Stoga je samo dio slika sadržavao četiri vrste Cistanche. Kemijska komponenta 2'-acetilakteozid otkrivena je samo uCistanche deserticola, dok ovom metodom nije otkriven u drugim vrstama. Međutim, uočena je razlika u sadržaju među različitim zemljopisnim podrijetlima usmjerenim na 2'-acetilakteozid. Sadržaj komponente iz Alashanzuoqija u Unutarnjoj Mongoliji bio je značajno viši od onih u tri druge provincije, dok je sadržaj u vrsti iz Tingtuhua iz Minqinina, provincija Gansu, bio značajno niži od onih na drugim lokacijama (Sl. 1A). Tubulozid A otkriven je uCistanche deserticolaiCistanche tubulosa.Nije primijećena značajna razlika između dviju vrsta, pa čak ni među biljkama iste vrste različitog zemljopisnog podrijetla (slika 1B). Četiri vrste sadržavale su istu kemijsku komponentu (akteozid). Sadržaj acteozida u C. salsa prikupljenom iz Jianga'erhana iz Tachenga u Xinjiangu bio je značajno viši od sadržaja drugih vrsta i istih vrsta iz različitih područja uzgoja. Nasuprot tome, sadržaj akteozida nije se značajno razlikovao među različitim podrijetlimaCistanche deserticola(ovaj nalaz bio je isti kao onaj za tubulozid A; slika 1C). Cistanosid A otkriven je uCistanche deserticolai C. salsa. Sadržaj uzoraka C. salsa iz Jianga'erhana iz Tachenga u Xinjiangu bio je znatno viši od sadržajaCistanche deserticolauzorci s drugih mjesta. Štoviše, varijacija u mjestu nije utjecala na sadržaj komponente. Ovo je stanje bilo isto kao i za tubulozid A i akteozid (slika 1D). Za cistanozid A, sadržaj komponente indeksa nije varirao s varijacijama u vrstama i geografskom podrijetlu (slika 1E). Sadržaj ehinakozida u uzorcima C. salsa iz Hejiaokea iz Tuoli u Xinjiangu bio je znatno viši od sadržaja uzoraka iz Jianga'erhana iz Tachenga u Xinjiangu. Sadržaj komponenti uzoraka izCistanche deserticolaiCistanche tubulosa, bez obzira na to gdje su prikupljeni, bili su značajno niži nego na drugim lokacijama (Jianga'erhan iz Tachenga u Xinjiangu). Osim toga, kemijska komponenta nije mogla biti otkrivena u C. sinensis (slika 1F). Izoakteozid je otkriven u svim vrstama Cistanche osim C. salsa; sadržaj izoakteozida uCistanche tubulosabila značajno viša od one u druge dvije vrste bez obzira na izvorne provincije u Kini (Sl. 1G). Ovdje su sve značajne razlike bile manje od P < 0.5.="" ukupni="" sadržaji="" ovih="" kemijskih="" komponenti="" složeni="" su="" na="" slici="" 2="" za="" bolju="" usporedbu="" sedam="" stiren="" glikozida.="" ovdje="" smo="" pretpostavili="" da="" je="" zemljopisno="" podrijetlo="" imalo="" mali="" utjecaj="" na="" potencijalno="" pogodna="" područja="" u="" svijetu="" i="">

Kombiniranim izračunima iz MaxEnt-a i ArcGIS-a izračunata su potencijalno pogodna područja za četiri vrste bilja Cistanche. Rezultati su prikazani u tablici 1. Slično kategorijama u gornjim odjeljcima, potencijalno pogodna područja podijeljena su u četiri klase. Što se tiče visoke klase prikladnosti staništa, tri vrste su imale približno 30 km2 veće prikladne površine diljem svijeta (Cistanche deserticola: 29,2210 km2, C. sinensis: 31,3034 km2, C. salsa: 30.8633 km2) u usporedbi s C. tubulosa (10,6866 km2). Kao što pokazuje usporedba visoke klase prikladnosti staništa,Cistanche deserticolaimao najveću površinu (38,9267 km2) u klasi srednje pogodnosti (Cistanche tubulosa: 12,4069 km2, C. sinensis: 32,1292 km2, C. salsa: 38,5764 km2), dok je površinaCistanche tubulosajoš uvijek bio najmanji.

U pogledu potencijalnih područja koja se smatraju potencijalnom raspodjelom pogodnih lokacija za uzgoj, visoka prikladnost staništa i srednje prikladne klase raspravljaju se kako slijedi. Većina pogodnih područja (otprilike 90 posto) zaCistanche deserticolauglavnom su bili rasprostranjeni na sjeveru i sjeverozapadu Kine. Osim toga, identificirano je nekoliko područja s potencijalnim uvjetima za uzgoj na jugu Sjedinjenih Država, jugozapadnom Iranu, istočnoj Turskoj, južnoj Mongoliji i istočnom Kazahstanu (slika 3). Za razliku od gore spomenutih vrsta, čini se da je C. tubulosa dobro rasprostranjena diljem svijeta, pokrivajući zapad Kine, sjeverozapad Južne Amerike, sjever Afrike i neke zemlje između Kine i Afrike. Međutim, iakoCistanche tubulosaimala široku potencijalnu rasprostranjenost, ukupna površina vrste bila je najmanja u usporedbi s ostale tri vrste, za koje su ukupne površine visoke stanišne prikladnosti i srednje klase iznosile 23,0935 km2. Što se tiče ove dvije klase, pronađeno je samo nekoliko potencijalnih područja pogodnih za rast ove vrste u sjevernom Egiptu, u zapadnoj regiji Kraljevine Saudijske Arabije, južnom Jemenu, sjevernim Ujedinjenim Arapskim Emiratima, južnom Iranu i Pakistanu. Najveća područja i dalje su u Kini, gdje su se ukupna područja predviđanja nalazila na zapadu zemlje (slika 4). SličnoCistanche deserticola, C. salsa uglavnom je bila rasprostranjena na sjeverozapadu i sjeveru Kine, gdje je primjerak zabilježen. Nakon predviđanja pomoću modela MaxEnt, postojalo je malo područje predviđanja koje bi moglo biti prikladno okruženje za rast u Sjedinjenim Državama i istočnom dijelu Kazahstana i Kirgistana (Slika 5). Većina predviđenih lokacija C. sinensis bila je rasprostranjena u sjevernoj i zapadnoj Kini. Dodatno, identificirano je nekoliko područja u srednjem dijelu Maroka, jugoistočnom Alžiru te sjeverozapadnom Čadu i Iranu (slika 6).

Potencijalno pogodna područja izračunata MaxEntom prikazana su u donjem desnom kutu Sl. 3–6 kako bi se prikazala predviđena distribucija četiri vrste u Kini. Ovdje su se najmanje jedinice kartiranja distribucije predviđanja temeljile na provincijama u Kini. Slično analizi za svijet, analiza u ovom dijelu temeljila se na visokoj prikladnosti staništa i umjerenim klasama. Područja predviđanja su to pokazalaCistanche deserticolauglavnom je bio rasprostranjen u provincijama Xinjiang, Unutrašnja Mongolija, Ningxia, Gansu i Qinghai. Iako je nekoliko područja distribucije pronađeno u drugim pokrajinama, ona su pripadala klasi 2. Stoga su ta područja bila slabo prikladna i stoga se nisu preporučala za uzgoj ove vrste. ZaCistanche tubulosa, sva potencijalno pogodna područja vrste predviđena su u provinciji Xinjiang u Kini. Zanimljivo je da je C. salsa imala širok raspon potencijalnih distribucija u Kini, uključujući provincije Xinjiang, Unutrašnju Mongoliju, Ningxia, Gansu, Qinghai, Shanxi, Shaanxi i Hebei. Štoviše, činilo se da je cijela provincija Ningxia moguće područje uzgoja vrste. Slično C. salsa, C. Sinensis je također imao široka područja za potencijalnu distribuciju isključujući provinciju Xinjiang (ali je imao područje predviđanja u provinciji Xizang)

evaluacija modela svake vrste.

Izvedba modela podijeljena je u pet kategorija: neuspješna, loša, zadovoljavajuća, dobra i izvrsna ({{0}}.9 < auc="" manje="" od="" ili="" jednako="" 1).="" izvedba="" modela="" u="" smislu="" auc="" vrijednosti="" i="" roc="" krivulje="" između="" četiri="" modela="" prikazana="" je="" na="" slici="" 7.="" rezultati="" pokazuju="" da="" je="" izvedba="" četiri="" modela="" u="" podacima="" o="" vježbanju="" bila="" izvrsna,="" s="" auc="" vrijednostima="" između="" 0.997="" i="" 0.998="" i="" roc="" krivulja="" u="" gornjem="" lijevom="" kutu="" blizu="" 1.="" štoviše,="" vrijednost="" auc="" u="" testnim="" podacima="" također="" je="" pokazala="" dobru="" izvedbu="" modela,="" s="" visokom="" vrijednošću="" između="" 0.979="" i="" 0.996="" i="" roc="" krivulja="" u="" gornjem="" lijevom="" kutu="" blizu="" 1.="" općenito,="" ovi="" modeli="" imaju="" snažnu="" sposobnost="" predviđanja="" potencijalne="" distribucije="">

Analiza odgovora varijabli na prikladnost.

Krivulje odgovora pokazuju kvantitativni odnos između prikladnosti staništa i varijabli okoliša (također poznate kao logistička vjerojatnost prisutnosti)14. U ovoj studiji, zajedničke varijable između testa noža i važnosti permutacije (postotni doprinos) korištene su za analizu odgovora varijabli na prikladnost. U smisluCistanche deserticola, bio09 i wind10 bile su uobičajene varijable. Prikladna srednja temperatura najsuše četvrtine (bio09) bila je između -12,71227957 stupnjeva i -1,296478534 stupnjeva. Optimalna brzina vjetra u listopadu (wind10), koja je korisna za distribuciju vrste, bila je između 0,5841 i 3,2581 m·s−1 (Sl. S5). Identificirane su dvije zajedničke varijable za potencijalnu distribuciju uCistanche tubulosamodel. Prvo je bilo sunčevo zračenje u svibnju, s odgovarajućim rasponom većim od 24661,0800 kJ·m−2·dan−1. Druga je bila oborina u listopadu (pre10), s optimalnom vrijednošću nižom od 5,4640 mm (Sl. S6). Rezultati testa nožem pokazali su da su četiri varijable bile iste kao one iz druge dvije metode procjene doprinosa bioklimatskih čimbenika u modelu C. salsa. Prve dvije varijable obuhvaćaju sunčevo zračenje u lipnju i studenom (srad06 i srad11), s rasponima od 23298,9691–25137,457 odnosno 6709,6219–10687,2852 kJ·m−2·dan−1. Treća je bila srednja temperatura najsuše četvrtine (bio09), s optimalnim rasponom od -12.6159–2.8479 stupnjeva. Četvrta varijabla bila je oborina u rujnu (pre09), s odgovarajućim rasponom od 8,3762–32,4312 mm (Sl. S7). MaxEnt model C. Sinensis imao je tri važne varijable koje su najviše pridonijele potencijalnoj distribuciji vrste. Prikladan raspon sunčevog zračenja u prosincu (srad12) bio je 6138,3161–9488,8316 kJ·m−2·dan−1, a maksimalne temperature u studenom (tmax11) bio je -1,9115–9,6048 stupnjeva. Nadalje, odgovarajući raspon brzine vjetra u kolovozu (wind08) bio je 2,1005– 3,3054 m·s−1 (Sl. S8). Ostale važne varijable koje pridonose potencijalnoj distribuciji četiriju vrsta sažete su na sl. S5-S8.

Korelacija između kemijskih komponenti i bioklimatskih varijabli. Najpopularnija vrsta iz glavnih provincija distribucije (Cistanche deserticola) uspoređen je kako bi se završila analiza korelacije i istražila fluktuacija sadržaja sedam komponenti indeksa s uvjetima okoliša. Nakon analize prikladne potencijalne rasprostranjenosti vrste, ova potencijalna područja rasprostranjenosti podijeljena su u četiri kategorije. Ovdje je šest sabirnih mjesta uključujući 22 uzorka mapirano na karti Kine izdvojenoj iz rezultata MaxEnt modela vrste (slika 8). Rezultati su pokazali da su dva mjesta sakupljanja bila smještena u klasi 1 (klasa visoke prikladnosti staništa), a dvije lokacije za sakupljanje pripadala su klasi 2 (klasa umjereno prikladne). Dva posljednja mjesta klasificirana su kao klasa 3 (niska odgovarajuća klasa). Značajna razlika u sadržaju 2′-acetil akteozida uočena je između CD-TG (Tingtuhu, Minqin, provincija Gansu) i CD-AI (Alashanzuoqi, unutarnja Mongolija), koji su pripadali klasi 2, odnosno 1. Osim toga, sadržaj komponente u CD-AX (regija jezera Aibi, Tacheng, Xinjiang) i CD-CG (Changcheng, Liangzhou, provincija Gansu), koji je pripadao klasi 3, nije se značajno razlikovao od onih u četiri druga nalazišta, koja su pripadala klasi 1 i klasi 2. Za šest drugih kemijskih komponenti nije utvrđena značajna razlika među različitim zemljopisnim podrijetlima u smislu sadržaja tih sastojaka.

Rasprava

Biljni lijek složena je mješavina mnogih kemijskih komponenti koje pridonose sustavnom ciljanju bolesti. Osim toga, jedna vrsta biljnog materijala može se sakupiti od različitih botaničkih vrsta koje imaju slične karakteristike ili učinkovite komponente. Na primjer, Coptidis Rhizoma je biljni lijek s visokom frekvencijom uporabe; dobiva se iz tri srodne biljke (Coptis chinensis, C. deltoidea i C. teeta) i koristi se za liječenje proljeva izazvanih zadržavanjem vlage uz pomoć različitih berberina18. Osim toga, Polygonatum Rhizoma se obično koristi kao funkcionalna hrana u svakodnevnom životu u Kini za imunoregulaciju; sirovi materijali su rizomi Polygonatum kingianum, P. sibiricum i P. cyrtonema19. Ovo istraživanje uključilo je četiri vrste, od kojih su dvije službeno zabilježene u Kineskoj farmakopeji (Cistanche deserticolaiCistanche tubulosau verziji iz 2015).