PART 1: Diversitat química i predicció de possibles àrees de cultiu d'herbes Cistanche

Contacte: Audrey Hu Whatsapp/hp: 0086 13880143964 Correu electrònic:audrey.hu@wecistanche.com

A causa dels entorns de creixement hostils i l'augment de la producció relacionada,Plantes de cistanchehan disminuït en nombre. L'objectiu del present estudi era avaluar la qualitat i predir regions potencialment adequades per a dues espècies oficials i dues espècies no oficials (C. salsa i C. sinensis) mitjançant cromatografia líquida d'alt rendiment i el model MaxEnt. Els resultats van indicar que el 2′-acetilacteòsid només estava present aCistanche deserticola. El compost es pot utilitzar com a marcador químic potencial per discriminarCistanche deserticoladels altres tresPlantes de cistanche. L'antocianina A i el carotenoide F eren els components comuns només de les dues espècies oficials i, per tant, es poden utilitzar com a marcadors químics per diferenciar entre espècies oficials i no oficials. Els resultats de la predicció d'una distribució potencialment adequada van indicar que C. sinensis té regions de distribució potencial molt més àmplies que les altres espècies. Finalment, el contingut d'echinacòsid aCistanche deserticolaera significativament diferent entre les dues distribucions potencials adequades, i el contingut de les mostres de Mongòlia Interior era significativament més alt que els de la província de Gansu. Aquesta és la primera aplicació de la combinació del contingut de components químics i els resultats dels models MaxEnt per a l'avaluació de la qualitat de la fitoterapia. Els nostres resultats poden proporcionar una referència per a la utilització sostenible de les espècies de Cistanche en perill d'extinció.

Des de la 72a Assemblea Mundial de la Salut, la medicina tradicional s'ha inclòs a la Classificació Internacional de Malalties (11a versió), que data principalment de la medicina tradicional xinesa i també és àmpliament acceptada als països del sud-est asiàtic com el Japó, Corea i l'Índia. La conferència va indicar que la medicina tradicional té un paper important en la regulació sanitària. Les herbes medicinals són la base material de la medicina tradicional a més de l'acupuntura i la manipulació. L'ús precís i la combinació de diferents herbes determinen l'eficàcia màxima de la medicina tradicional1–3. A més, el contingut i el tipus de components actius de les herbes fluctuen amb els seus orígens botànics i entorns de creixement. Per tant, els orígens botànics adequats i els entorns de creixement adequats són vitals per a l'eficàcia i la seguretat clínica.

CistancheLes plantes s'utilitzen com a herbes tòniques i comestibles precioses per a la cura dels homes a la Xina, el Japó i alguns països del sud-est asiàtic4,5. Quatre espècies del gènere són conegudes pel seu potencial valor medicinal a la Xina, és a dir,Cistanche deserticola, Cistanchetubulosa, Cistanche salsa, iCistanche Sinensis. Les tiges suculentes seques de les dues primeres espècies estan registrades a la Farmacopea Xinesa (edició 2015), anomenadaCistanches Herba. Aquestes espècies són beneficioses per als ronyons i el tracte intestinal. Les altres dues espècies es consumeixen en alguns llocs o s'utilitzen com a adulterantsCistanches Herba. C. salsa es va registrar als estàndards locals d'herbes a les províncies de Gansu (edició de 1992) i Xinjiang (edició de 1987). C. Sinensis és una espècie única a la Xina. Els estudis químics i farmacològics moderns han demostrat que els components químics d'aquestes herbes tenen diversos efectes, com ara la millora de la funció cerebral, els efectes afrodisíacs i els efectes de reforç immunològic.

Els estudis publicats indiquen la diferència de contingut i tipus de constituents químics entre diferentsPlantes de cistanche, en què la betaïna, intermedis del cicle de Krebs,glicòsids feniletanoides,i els iridoides es van considerar quatre marcadors químics responsables de l'anàlisi de la discriminació entre ellsCistanchedeserticolaiCistanche tubulosa7,8. Un estudi detallat va indicar que els isòmers del campneòsid II, el cistanòsid C i el cistànósid A eren tres potencials

marcadors químics per distingir les dues espècies esmentades anteriorment9. Investigacions posteriors van demostrar que es podrien triar vuit glicòsids feniletanoides com a marcadors químics per discriminar elsEspècie Cistanche, que inclouen principalmentCistanchedeserticola, Cistanchetubulosa,i C. sinensis10. A més, el contingut dels components químics varien segons l'origen geogràfic. Zhou i els seus coautors van indicar que el contingut total de set components de l'índex (castanòsid A, equinacòsid, isoacteòsid, 2′-actylacteòside, castanoside C i tubluòside B) deCistanche tubulosadel sud de Xinjiang eren aproximadament sis vegades les de Kuitun i Hami a la Xina11. Entre aquests components químics, l'acteòsid iequinacòsides consideren components d'índex per al control de qualitat de la medicina herbal. S'ha informat que els dos components milloren la funció cerebral i l'acteòsid contribueix principalment als efectes afrodisíacs.

Els models de distribució d'espècies (SDM) són models estadístics establerts amb variables ambientals existents per inferir els requisits ecològics de les espècies. Aquests models poden mapejar les distribucions potencials d'una espècie objectiu a partir de les dades de distribució observades12. Fins ara, els SDM s'han aplicat amb èxit a la predicció de la tendència de distribució de les plantes ecològiques i en perill d'extinció durant el canvi climàtic13,14. Entre aquests models, el model MaxEnt s'utilitza habitualment com un mitjà senzill per predir la distribució de l'adequació de l'hàbitat amb dades només de presència i funciona bé amb dades incompletes, mides de mostra petites i buits14. Combinada amb algun programari (com ArcGIS), la investigació pot extreure variables ambientals i climàtiques dels llocs de recollida de mostres. A més, una ubicació potencialment adequada es pot dividir en tres o quatre nivells15–17. No obstant això, cap estudi ha informat d'estratègies combinades que incorporin ubicacions adequades potencials després de la divisió i els continguts de components químics per al control de qualitat de la medicina a base d'herbes.

En el present estudi, es van recollir quatre plantes de Cistanche en perill d'extinció per a l'avaluació de la qualitat amb cromatografia líquida d'alt rendiment (HPLC) i es van utilitzar set components químics com a índexs. A més, es va utilitzar un model MaxEnt equipat amb 26 variables ambientals per predir àrees potencialment adequades per investigar espècies òptimes per a un ús posterior. Finalment, es va analitzar sistemàticament la combinació dels continguts dels components de l'índex i les àrees adequades per a un millor desenvolupament i utilització d'aquestes zones en perill d'extinció.Cistancheplantes a la Xina i altres països.

Resultats

El contingut dels set components químics es va calcular a partir de les seves corbes de calibratge. Les set equacions de les corbes de calibratge eren Y {{0}},54{00X més 0,1616 (2′-acetilacteòsid, R {{ 7}},9992), Y=18,5640X més 0,3724 (acteòsid, R=0,9821), Y=15,635 0X més 0.0{090 (isoacteòsid, R=0,9999), Y=12,7460X més 0,0103 (tubulòsid A , R=0,9999), Y=10,638X més 0,1615 (cistanòsid A, R=0,9997), Y=21,533X−0,0006 (cistanòsid F, R=1), i Y=13,0740X més 1,1381 (echinacòsid, R=0,9821); la concentració (X) és l'eix horitzontal i l'àrea del pic (Y) és l'eix vertical. R és el coeficient de correlació i indica una excel·lent correlació lineal entre aquestes corbes de calibratge. Un experiment de precisió (sis injeccions seqüencials dels mateixos extractes de la mostra) va demostrar que la precisió era bona i la desviació estàndard relativa (RSD) de l'àrea del pic estava entre el 0,3 i el 0,8 per cent. De la mateixa manera, les proves de repetibilitat (sis injeccions seqüencials dels mateixos extractius de la mostra) i les proves d'estabilitat (sis injeccions dels mateixos extractes de mostra després de 0, 2, 4, 8, 12 i 24 h) van produir RSD del 0,56–1,46 per cent i 1,06– 3,60 per cent, respectivament.

Es van mostrar més anàlisis de contingut dels set components de l'índex en quadres horitzontals agrupats que contenien resultats de comparacions visuals i diferències significatives en minúscules. Els resultats de les proves de recuperació dels set components van variar del 99,25% a l'104,10% amb els RSD entre el 0,69% i el 3,45%. Per tant, el mètode era precís.

El contingut dels set components de l'índex de les quatre espècies i els orígens geogràfics de la mateixa espècie es mostren en requadres horitzontals agrupats. El contingut d'alguns components químics estava per sota del límit de detecció. Així, només una part de les figures contenia quatre espècies de Cistanche. El component químic 2′-acetilacteòsid només es va detectar aCistanche deserticola, mentre que no es va detectar a les altres espècies pel mètode actual. Tanmateix, es va observar una diferència de contingut entre els diferents orígens geogràfics centrats en el 2′-acetilacteòsid. El contingut del component d'Alashanzuoqi a Mongòlia Interior era significativament més alt que el de les altres tres províncies, mentre que el contingut de l'espècie de Tingtuhu de Minqinin, província de Gansu, era significativament més baix que els de les altres ubicacions (Fig. 1A). Es va detectar tubulòsid ACistanche deserticolaiCistanche tubulosa.No es va observar cap diferència notable entre les dues espècies i fins i tot entre plantes de la mateixa espècie d'origen geogràfic diferent (Fig. 1B). Les quatre espècies contenien el mateix component químic (acteòsid). El contingut d'acteòsid a C. salsa recollit de Jianga'erhan de Tacheng a Xinjiang va ser significativament superior al de les altres espècies i de la mateixa espècie de diferents àrees de cultiu. En canvi, el contingut d'acteòsid no difereix significativament entre els diferents orígens deCistanche deserticola(aquesta troballa va ser la mateixa que la del tubulósid A; Fig. 1C). S'ha detectat cistanoside ACistanche deserticolai C. salsa. El contingut de les mostres de salsa C. de Jianga'erhan de Tacheng a Xinjiang era significativament superior al deCistanche deserticolamostres d'altres llocs. A més, la variació de la ubicació no va afectar el contingut del component. Aquesta condició era la mateixa que la del tubulòsid A i l'acteòsid (Fig. 1D). Per al cistanòsid A, el contingut del component de l'índex no va variar amb les variacions en les espècies i els orígens geogràfics (Fig. 1E). El contingut d'echinacòsid de les mostres de salsa C. de Hejiaoke de Tuoli a Xinjiang era significativament superior al contingut de les mostres de Jianga'erhan de Tacheng a Xinjiang. El contingut dels components de les mostres a partir deCistanche deserticolaiCistanche tubulosa, independentment d'on es van recollir, eren significativament més baixes que en altres llocs (Jianga'erhan de Tacheng a Xinjiang). A més, el component químic no es va poder detectar a C. sinensis (Fig. 1F). Es va detectar isoacteòsid en totes les espècies de Cistanche excepte en C. salsa; el contingut d'isoacteòsids enCistanche tubulosava ser significativament superior a la de les altres dues espècies, independentment de les províncies d'origen a la Xina (Fig. 1G). Aquí, totes les diferències significatives eren inferiors a P <0.5. el="" contingut="" total="" d'aquests="" components="" químics="" s'apila="" a="" la="" figura="" 2="" per="" millorar="" la="" comparació="" dels="" set="" glicòsids="" d'estirè.="" aquí,="" vam="" plantejar="" la="" hipòtesi="" que="" els="" orígens="" geogràfics="" van="" exercir="" una="" petita="" influència="" sobre="" les="" àrees="" potencialment="" adequades="" del="" món="" i="" de="" la="">

Amb els càlculs combinats de MaxEnt i ArcGIS, es van calcular les àrees potencialment adequades per a les quatre espècies d'herbes Cistanche. Els resultats es mostren a la taula 1. De manera similar a les categories de les seccions anteriors, les àrees potencialment adequades es van dividir en quatre classes. Pel que fa a l'alta classe d'adequació d'hàbitat, tres espècies tenien aproximadament 30 km2 d'àrees adequades més grans a tot el món (Cistanche deserticola: 29,2210 km2, C. sinensis: 31,3034 km2, C. salsa: 30.8633 km2) en comparació amb C. tubulosa (10,6866 km2). Tal com mostra la comparació de la classe d'adequació d'hàbitat alta,Cistanche deserticolatenia la superfície més gran (38,9267 km2) pel que fa a la classe moderadament adequada (Cistanche tubulosa: 12,4069 km2, C. sinensis: 32,1292 km2, C. salsa: 38,5764 km2), mentre que l'àrea deCistanche tubulosaencara era el més petit.

Pel que fa a les àrees potencials considerades com una distribució potencial de llocs de cultiu adequats, es discuteixen de la següent manera l'elevada idoneïtat de l'hàbitat i les classes moderadament adequades. La majoria de les àrees adequades (aproximadament el 90 per cent) perCistanche deserticolaes distribuïen principalment al nord i nord-oest de la Xina. A més, es van identificar algunes zones amb condicions potencials de cultiu al sud dels Estats Units, al sud-oest de l'Iran, a l'est de Turquia, al sud de Mongòlia i a l'est de Kazakhstan (Fig. 3). A diferència de les espècies esmentades anteriorment, C. tubulosa semblava estar ben distribuïda arreu del món, abastant l'oest de la Xina, el nord-oest d'Amèrica del Sud, el nord d'Àfrica i alguns països entre la Xina i l'Àfrica. Tanmateix, encara queCistanche tubulosatenia una àmplia distribució potencial, l'àrea total de l'espècie era la més petita en comparació amb les altres tres espècies, per a les quals les àrees totals d'alta idoneïtat d'hàbitat i classes moderades eren de 23,0935 km2. Pel que fa a les dues classes, només es van trobar algunes àrees potencials adequades per al creixement de l'espècie al nord d'Egipte, a la regió occidental del Regne de l'Aràbia Saudita, al sud del Iemen, al nord dels Emirats Àrabs Units, al sud de l'Iran i al Pakistan. Les zones més grans encara es trobaven a la Xina, on les àrees de predicció totals es trobaven a l'oest del país (Fig. 4). Similar aCistanche deserticola, C. salsa es va distribuir principalment al nord-oest i nord de la Xina, on l'exemplar té registres. Després de la predicció pel model MaxEnt, hi havia una petita àrea de predicció que podria ser un entorn de creixement adequat als Estats Units i a l'est de Kazakhstan i Kirguizistan (Fig. 5). La majoria de les localitzacions previstes de C. sinensis es van distribuir al nord i l'oest de la Xina. A més, es van identificar algunes zones a la part mitjana del Marroc, el sud-est d'Algèria i el nord-oest del Txad i l'Iran (Fig. 6).

Les àrees potencialment adequades calculades per MaxEnt es mostren a la cantonada inferior dreta de les Figs. 3–6 per mostrar la distribució de predicció de les quatre espècies a la Xina. Aquí, les unitats més petites de cartografia de distribució de predicció es van basar en les províncies de la Xina. De manera similar a l'anàlisi per al món, l'anàlisi d'aquesta secció es va basar en l'alta idoneïtat de l'hàbitat i les classes moderades. Les àrees de predicció ho indicavenCistanche deserticolaes distribuïa principalment a les províncies de Xinjiang, Mongòlia Interior, Ningxia, Gansu i Qinghai. Tot i que es van trobar algunes àrees de distribució en altres províncies, pertanyien a la classe 2. Per tant, aquestes regions eren poc adequades i per tant no recomanades per al cultiu de l'espècie. PerCistanche tubulosa, es van predir totes les regions potencialment adequades de l'espècie a la província de Xinjiang a la Xina. Curiosament, C. salsa tenia una àmplia gamma de distribucions potencials a la Xina, incloses les províncies de Xinjiang, Mongòlia Interior, Ningxia, Gansu, Qinghai, Shanxi, Shaanxi i Hebei. A més, tota la província de Ningxia semblava ser una possible àrea de cultiu per a l'espècie. De manera semblant a C. salsa, C. Sinensis també tenia àmplies regions de distribució potencial, excepte la província de Xinjiang (però tenia una àrea de predicció a la província de Xizang)

avaluació del model de cada espècie.

El rendiment del model es va dividir en cinc categories: fallat, dolent, just, bo i excel·lent ({{0}},9 < auc="" menor="" o="" igual="" a="" 1).="" el="" rendiment="" del="" model="" en="" termes="" de="" valor="" auc="" i="" corba="" roc="" entre="" els="" quatre="" models="" es="" mostra="" a="" la="" figura="" 7.="" els="" resultats="" van="" indicar="" que="" el="" rendiment="" dels="" quatre="" models="" a="" les="" dades="" d'entrenament="" va="" ser="" excel·lent,="" amb="" valors="" d'auc="" entre="" 0,997="" i="" 0,998="" i="" una="" corba="" roc="" de="" la="" cantonada="" superior="" esquerra="" propera="" a="" 1.="" a="" més,="" el="" valor="" auc="" a="" les="" dades="" de="" prova="" també="" va="" mostrar="" un="" bon="" rendiment="" del="" model,="" amb="" un="" valor="" elevat="" entre="" 0,979="" i="" 0,996="" i="" un="" cantonada="" superior="" esquerra="" corba="" roc="" propera="" a="" 1.="" en="" general,="" aquests="" models="" tenen="" una="" gran="" capacitat="" per="" predir="" la="" distribució="" potencial="" de="" les="">

Anàlisi de la resposta de les variables a l'adequació.

Les corbes de resposta mostren la relació quantitativa entre la idoneïtat de l'hàbitat i les variables ambientals (també coneguda com a probabilitat logística de presència)14. En el present estudi, es van utilitzar les variables comunes entre la prova jackknife i la importància de la permutació (contribució percentual) per analitzar la resposta de les variables a la idoneïtat. En termes deCistanche deserticola, bio09 i vent10 eren variables habituals. La temperatura mitjana adequada del quart més sec (bio09) estava entre -12,71227957 graus i -1,296478534 graus. La velocitat òptima del vent a l'octubre (vent10), que és beneficiosa per a la distribució de l'espècie, va ser entre 0,5841 i 3,2581 m·s−1 (Fig. S5). Es van identificar dues variables comunes per a la distribució potencial en elCistanche tubulosamodel. La primera va ser la radiació solar al maig, amb un rang adequat que superava els 24661,0800 kJ·m−2·dia−1. L'altra va ser la precipitació a l'octubre (pre10), amb un valor òptim inferior a 5,4640 mm (Fig. S6). Els resultats de la prova jackknife van mostrar que quatre variables eren les mateixes que les dels altres dos mètodes d'avaluació de la contribució dels factors bioclimàtics en el model C. salsa. Les dues primeres variables comprenien la radiació solar al juny i al novembre (srad06 i srad11), amb intervals de 23298,9691–25137,457 i 6709,6219–10687,2852 kJ·m−2·dia-1, respectivament. La tercera va ser la temperatura mitjana del quart més sec (bio09), amb un rang òptim de -12,6159–2,8479 graus. La quarta variable va ser la precipitació al setembre (pre09), amb un rang adequat de 8,3762–32,4312 mm (Fig. S7). El model MaxEnt de C. Sinensis tenia tres variables importants que van contribuir sobretot a la distribució potencial de l'espècie. El rang adequat de radiació solar al desembre (srad12) va ser de 6138,3161–9488,8316 kJ·m−2·dia−1, i la de la temperatura màxima al novembre (tmax11) va ser de -1,9115–9,6048 graus. A més, el rang adequat de velocitat del vent a l'agost (vent08) va ser de 2,1005–3,3054 m·s−1 (Fig. S8). Les altres variables importants que contribueixen a la distribució potencial de les quatre espècies es resumeixen a les Figs. S5–S8.

Correlació entre components químics i variables bioclimàtiques. Les espècies més populars de les principals províncies de distribució (Cistanche deserticola) es va comparar per acabar l'anàlisi de correlació i per investigar la funció del contingut de set components de l'índex amb la condició ambiental. Després de l'anàlisi de la distribució potencial adequada de l'espècie, aquestes regions de distribució potencial es van dividir en quatre categories. En aquest document, es van cartografiar sis llocs de recollida que inclouen 22 mostres al mapa de la Xina extrets dels resultats del model MaxEnt de l'espècie (Fig. 8). Els resultats van indicar que dos llocs de recollida estaven situats a la classe 1 (classe d'hàbitat alta) i dos llocs de recollida pertanyien a la classe 2 (classe moderadament adequada). Els dos llocs finals es van classificar com a Classe 3 (classe adequada baixa). Es va observar una diferència significativa en el contingut d'acteòsid de 2′-acetil entre CD-TG (Tingtuhu, Minqin, província de Gansu) i CD-AI (Alashanzuoqi, Mongòlia Interior), que pertanyien a les classes 2 i 1, respectivament. A més, el contingut del component a CD-AX (regió del llac Aibi, Tacheng, Xinjiang) i CD-CG (Changcheng, Liangzhou, província de Gansu), que pertanyien a la classe 3, no difereix significativament dels de les altres quatre jaciments, que pertanyien a la classe 1 i la classe 2. Per als altres sis components químics, no es va identificar cap diferència significativa entre els diferents orígens geogràfics pel que fa al contingut d'aquests components.

Discussió

La fitoterapia és una barreja complexa de molts components químics que contribueixen a l'orientació sistemàtica de la malaltia. A més, es pot recollir un tipus de material herbari de diferents espècies botàniques que tinguin característiques similars o components efectius. Per exemple, Coptidis Rhizoma és un medicament a base d'herbes amb un ús d'alta freqüència; s'obté de tres plantes congèniques (Coptis chinensis, C. deltoidea i C. teeta) i s'utilitza per curar la diarrea induïda per la retenció d'humitat amb l'ajuda de diverses berberines18. A més, Polygonatum Rhizoma s'utilitza habitualment com a aliment funcional a la vida diària a la Xina per a la immunoregulació; els materials bruts són rizomes de Polygonatum kingianum, P. sibiricum i P. cyrtonema19. El present estudi va incloure quatre espècies, dues de les quals estan registrades oficialment a la Farmacopea de la Xina (Cistanche deserticolaiCistanche tubulosaa la versió de 2015).