Advances in Chemical PhysicsAdvances in Chemical PhysicsФизиология растений0015-33033034-624XThe Russian Academy of Sciences13022010.31857/S0015330322600723IBPENPЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИResearch ArticleCharacteristics of the complex of polyphenol compounds of Yakutian endemic Dracocephalum jacutense Peschkova using tandem mass spectrometryХарактеристика комплекса полифенольных соединений эндемика Якутии Dracocephalum jacutense Peschkova с использованием метода тандемной масс-спектрометрииOkhlopkovaZh. M.ОхлопковаЖ. М.
Russian Federation
zhm.okhlopkova@s-vfu.ruRazgonovaM. P.РазгоноваМ. П.
Russian Federation
zhm.okhlopkova@s-vfu.ruEgorovaP. S.ЕгороваП. С.
Russian Federation
zhm.okhlopkova@s-vfu.ruGolokhvastK. S.ГолохвастК. С.
Russian Federation
zhm.okhlopkova@s-vfu.ruNorth-Eastern Federal UniversityФедеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования “Северо-Восточный федеральный университет имени М.К. Аммосова”Far Eastern Federal University, Advanced Engineering School, Institute of Biotechnology, Bioengineering, and Food SystemsФедеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования “Дальневосточный федеральный университет”, Передовая инженерная школа “Институт биотехнологий, биоинженерии и пищевых систем”,Federal Research Center Vavilov All-Russia Institute of Plant Genetic Resources (VIR)Федеральное государственное бюджетное научное учреждение “Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова” (ВИР)Institute for Biological Problems of Permafrost, Siberian Branch, Russian Academy of SciencesИнститут биологических проблем криолитозоны Сибирского отделения Российской академии наукFar Eastern Federal University, REC Nanotechnology, Polytechnic InstituteФедеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования “Дальневосточный федеральный университет”, НОЦ нанотехнологии, Политехнический институтSiberian Federal Scientific Center for Agrobiotechnologies, Russian Academy of SciencesФедеральное государственное бюджетное научное учреждение “Сибирский федеральный научный центр агробиотехнологий Российской академии наук”0105202370332733621082023Copyright ©; 2023, Ж.М. Охлопкова, М.П. Разгонова, П.С. Егорова, К.С. ГолохвастCopyright ©; 2023, Ж.М. Охлопкова, М.П. Разгонова, П.С. Егорова, К.С. Голохваст2023Ж.М. Охлопкова, М.П. Разгонова, П.С. Егорова, К.С. ГолохвастЖ.М. Охлопкова, М.П. Разгонова, П.С. Егорова, К.С. Голохвастhttps://journals.rcsi.science/0015-3303/article/view/130220

Dracocephalum jacutense Peschkova is a rare and endangered species of the genus Dracocephalum L. of Lamiaceae family. The species was first described in 1997 and listed in the Red Data Book of Yakutia (2017). Until now, due to the rare occurrence of D. jacutense, almost none of its phytochemical studies have been carried out and there is no information on the content of biologically active compounds (secondary metabolites) of the plant. In this work, using the method of tandem mass spectrometry, a complex of polyphenolic compounds was studied in the inflorescences of the Dracocephalum jacutense, collected in the areas of its first discovery - the Kobyaysky district of the Republic of Sakha (Yakutia). As a result of the analysis, 48 polyphenolic compounds were found in the alcohol extracts of Dracocephalum jacutense inflorescences, among which 17 flavones, 7 flavonols, 3 flavan-3-ols, 12 phenolic acids, 1 lignan, 2 coumarins, 6 anthocyanidins were identified. It should be noted that more than half (30 compounds) of all the identified polyphenols for representatives of the genus Dracocephalum L. were discovered for the first time. The results obtained state the unique composition of polyphenolic compounds in the inflorescences of D. jacutense Peschkova. In order to preserve this sparse local endemic of Eastern Siberia, work has begun on the development of an effective method for its micropropagation in vitro.

Змееголовник якутский (Dracocephalum jacutense Peschkova) ‒ редкий и исчезающий вид рода Dracocephalum L. семейства губоцветных. Вид был впервые описан в 1997 г., занесен в Красную книгу Якутии (2017 г.). До настоящего времени в силу редкой встречаемости D. jacutense практически не проведены его фитохимические исследования и нет информации о содержании в этом растении биологически активных соединений (вторичных метаболитов). В настоящей работе с использованием метода тандемной масс-спектрометрии осуществлено исследование комплекса полифенольных соединений в соцветиях змееголовника якутского, собранного в местах его первого обнаружения ‒ Кобяйском районе Республики Саха (Якутия). В результате проведенного анализа в спиртовых экстрактах соцветий Dracocephalum jacutense было обнаружено 48 полифенольных соединений, среди которых идентифицировано 17 флавонов, 7 флавонолов, 3 флаван-3-олов, 12 фенолокислот, 1 лигнан, 2 кумарина, 6 антоцианидинов. Следует отметить, что из всех идентифицированных полифенолов более половины (30 соединений) для представителей рода Dracocephalum L. было обнаружено впервые. Полученные результаты свидетельствуют об уникальном составе полифенольных соединений в соцветиях D. jacutense Peschkova. С целью сохранения этого узколокального эндемика Восточной Сибири начаты работы по разработке эффективного метода его микроклонального размножения in vitro.

Dracocephalum jacutenseHPLC-MS/MStandem mass spectrometrypolyphenolic compoundsCID spectrumDracocephalum jacutenseВЭЖХ- МС/МСтандемная масс-спектрометрияполифенольные соединенияCID-спектрПешкова Г.А. Dracocephalum L. // Флора Сибири. Т. 11. Новосибирск: Наука, 1997. С. 170.Денисова Г.Р., Николин Е.Г. Онтогенез и возрастной анализ ценопопуляций узколокального эндемика Якутии Dracocephalum jacutense (Lamiaceae) // Ботанический журнал. 2012. Т. 97. № 3. С. 365.Красная книга Республики Саха (Якутия). Т. 1: Редкие и находящиеся под угрозой исчезновения виды растений и грибов / Отв. ред. Н.С. Данилова. Москва: Изд-во “Реарт”. 2017. 412 с.Olennikov D.N., Chirikova N.K., Okhlopkova Z.M., Zulfugarov I.S. Chemical composition and antioxidant activity of tánara ótó (Dracocephalum palmatum Stephan), a medicinal plant used by the North-Yakutian nomads // Molecules. 2013. V. 18. P. 14105. https://doi.org/10.3390/molecules181114105Olennikov D.N., Chirikova N.K., Kim E., Kim S.W., Zulfugarov I.S. New glycosides of eriodictyol from Dracocephalum palmatum // Chem. Nat. Compd. 2018. V. 54. P. 860. https://doi.org/10.1007/s10600-018-2499-4Razgonova M.P., Okhlopkova Z.M., Golokhvast K.S. Research of Dracocephalum palmatum S. and Dracocephalum ruyschiana L. originating from Yakutia and identification of metabolites by tandem mass spectrometry // BIO Web of Conferences. 2022. V. 43. P. 01010. https://doi.org/10.1051/bioconf/20224301010Okhlopkova Zh.M., Razgonova M.P., Pikula K.S., Zakharenko A.M., Piekoszewski W., Manakov Y.A., Ercisli S., Golokhvast K.S. Dracocephalum palmatum S. and Dracocephalum ruyschiana L. originating from Yakutia: a high-resolution mass spectrometric approach for the comprehensive characterization of phenolic compounds // Applied Sci. 2022. V. 12. P. 1766. https://doi.org/10.3390/app12031766Lee S.-E., Okhlopkova Z., Lim C., Cho S. Dracocephalum palmatum Stephan extract induces apoptosis in human prostate cancer cells via the caspase-8-mediated extrinsic pathway // Chinese J. Nat. Med. 2020. V. 18. P. 793. https://doi.org/10.1016/S1875-5364(20)60019-XCai Z., Wang C., Zou L., Liu X., Chen J., Tan M., Mei Y., Wei L. Comparison of multiple bioactive constituents in the flower and the caulis of Lonicera japonica based on UFLC-QTRAP-MS/MS combined with multivariate statistical analysis // Molecules. 2019. V. 24. P. 1936. https://doi.org/10.3390/molecules24101936Aita S.E., Capriotti A.L., Cavaliere C., Cerrato A., Giannelli Moneta B., Montone C.M., Piovesana S., Lagana A. Andean blueberry of the genus disterigma: a high-resolution mass spectrometric approach for the comprehensive characterization of phenolic compounds // Separations. 2021. V. 8. P. 58. https://doi.org/10.3390/separations8050058Abu-Reidah I.M., Ali-Shtayeh M.S., Jamous R.M., Arraes-Roman D., Segura-Carretero A. HPLC–DAD–ESI-MS/MS screening of bioactive components from Rhus coriaria L. (Sumac) fruits // Food Chem. 2015. V. 166. P. 179. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2014.06.011Mena P., Cirlini M., Tassotti M., Herrlinger K.A., Dall’Asta C., Del Rio D. Phytochemical profiling of flavonoids, phenolic acids, terpenoids, and volatile fraction of a rosemary (Rosmarinus officinalis L.) extract // Molecules. 2016. V. 21. P. 1576. https://doi.org/10.3390/molecules21111576Xu L.L., Xu J.J., Zhong K.R., Shang Z.P., Wang F., Wang R.F., Liu B. Analysis of non-volatile chemical constituents of Menthae Haplocalycis herba by ultra-high performance liquid chromatography – high resolution mass spectrometry // Molecules. 2017. V. 22. P. 1756. https://doi.org/10.3390/molecules22101756Belmehdi O., Bouyahya A., Jeko J., Cziaky Z., Zengin G., Sotkó G., El Baaboua A., Senhaji N.S., Abrini J. Synergistic interaction between propolis extract, essential oils, and antibiotics against Staphylococcus epidermidis and methicillin resistant Staphylococcus aureus // Int. J. Second Metab. 2021. V. 8. P. 195. https://doi.org/10.21448/ijsm.947033Zhang J., Xu X.-J., Xu W., Huang J., Zhu D., Qui X.-H. Rapid characterization and identification of flavonoids in Radix Astragali by ultra-high-pressure liquid chromatography coupled with linear ion trap-orbitrap mass spectrometry // J. Chromatogr. Sci. 2015. V. 53. P. 945. https://doi.org/10.1093/chromsci/bmu155Fanthoni A., Saepudin E., Cahyana A.H., Rahayu D.U.C., Haib J. Identification of nonvolatile compounds in clove (Syzygium aromaticum) from manado // International symposium on Current Progress in Mathematics and Sciences. 2017. V. 1862. P. 030079-1. https://doi.org/10.1063/1.4991183Razgonova M.P., Bazhenova B.B., Zabalueva Y.Y., Burkhanova A.G., Zakharenko A.M., Kupriyanov A.N., Sabitov A.S., Ercisli S., Golokhvast K.S. Rosa davurica Pall., Rosa rugosa Thumb., and Rosa acicularis Lindl. originating from far eastern Russia: Screening of 146 chemical constituents in tree species of the genus rosa // Applied Sci. 2022. V. 12. P. 9401. https://doi.org/10.3390/app12199401Pandey R., Kumar B. HPLC–QTOF–MS/MS-based rapid screening of phenolics and triterpenic acids in leaf extracts of Ocimum species and their interspecies variation // J. Liq. Chromatogr. & Related Tech. 2016. V. 39. P. 225. https://doi.org/10.1080/10826076.2016.1148048Hamed A.R., El-Hawary S.S., Ibrahim R.M., Abdelmohsen U.R., El-Halawany A.M. Identification of chemopreventive components from halophytes belonging to Aizoaceae and Cactaceae through LC/MS – bioassay guided approach // J. Chrom. Sci. 2021. V. 59. P. 618. https://doi.org/10.1093/chromsci/bmaa112He Y.-K., Yao Y.-Y., Chang Y.-N. Characterization of anthocyanins in Perilla frutescens var. acuta extract by advanced UPLC-ESI-IT-TOF-MSn method and their anticancer bioactivity // Molecules. 2015. V. 20. P. 9155. https://doi.org/10.3390/molecules20059155Pan M., Lei Q., Zang N., Zhang H.A. Strategy based on GC-MS/MS, UPLC-MS/MS and virtual molecular docking for analysis and prediction of bioactive compounds in eucalyptus globulus leaves // Int. J. Molec. Sci. 2019. V. 20. P. 3875. https://doi.org/10.3390/ijms20163875El-Sayed M.A., Abbas F.A., Refaat S., El-Shafae A.M., Fikry E. UPLC-ESI-MS/MS profile of the ethyl acetate fraction of aerial parts of bougainvillea 'Scarlett O’Hara’ cultivated in Egypt // Egyptian J. Chem. 2021. V. 64. P. 22. https://doi.org/10.21608/ejchem.2020.45694.2933Spinola V., Pinto J., Castilho P.C. Identification and quantification of phenolic compounds of selected fruits from Madeira Island by HPLC-DAD-ESI-MSn and screening for their antioxidant activity // Food Chem. 2015. V. 173. P. 14. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2014.09.163Razgonova M.P., Tekutyeva L.A., Podvolotskaya A.B., Stepochkina V.D., Zakharenko A.M., Golokhvast K.S. Zostera marina L. supercritical CO2-extraction and mass spectrometric characterization of chemical constituents recovered from seagrass // Separations. 2022. V. 9. P. 182. https://doi.org/10.3390/separations9070182Cavaliere C., Foglia P., Pastorini E., Samperi R., Laganà A. Identification and mass spectrometric characterization of glycosylated flavonoids in Triticum durum plants by high performance liquid chromatography with tandem mass spectrometry. Rapid Commun. Mass. Spectrom. 2005. V. 19. P. 3143. https://doi.org/10.1002/rcm.2185Chandrasekara A., Shahidi F. Determination of antioxidant activity in free and hydrolyzed fractions of millet grains and characterization of their phenolic profiles by HPLC-DAD-ESI-MSn // J. Functional Foods. 2011. V. 3. P. 144. https://doi.org/10.1016/j.jff.2011.03.007Yin N.-W., Wang S.-X., Jia L.-D., Zhu M.-C., Yang J., Zhou B.-J., Yin J.-M., Lu K., Wang R., Li J.-N., Qu C.-M. Identification and characterization of major constituents in different-colored rapeseed petals by UPLC−HESI--MS/MS // Agricult. Food Chem. 2019. V. 67. P. 11053. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.9b05046Sobeh M., Mahmoud M.F., Abdelfattah M.A.O., Cheng H., El-Shazly A.M., Wink M. A proanthocyanidin-rich extract from Cassia abbreviata exhibits antioxidant and hepatoprotective activities in vivo // J. Ethnopharmacol. 2018. V. 213. P. 38. https://doi.org/10.1016/j.jep.2017.11.007Qin D., Wang Q., Li H., Jiang X., Fang K., Wang Q., Li B., Pan C., Wu H. Identification of key metabolites based on non-targeted metabolomics and chemometrics analyses provides insights into bitterness in Kucha [Camellia kucha (Chang et Wang) Chang] // Food Res. Int. 2020. V. 138. P. 109789. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2020.109789Qin D., Wang Q., Li H., Jiang X., Fang K., Wang Q., Li B., Pan C., Wu H. Chemical constituents of radix Actinidia chinensis planch by UPLC–QTOF–MS // Biomedical Chromatography. Wiley. 2021. e5103. https://doi.org/10.1002/bmc.5103Yin Y., Zhang K., Wei L., Chen D., Chen Q., Jiao M., Li X., Huang J., Gong Z., Kang N., Li F. The molecular mechanism of antioxidation of huolisu oral liquid based on serum analysis and network analysis // Frontiers in Pharma. 2021. V. 12. P. 710976. https://doi.org/10.3389/fphar.2021.710976Serrano C.A., Villena G.K., Rodriguez E.F. Phytochemical profile and rosmarinic acid purification from two Peruvian Lepechinia Willd. species (Salviinae, Mentheae, Lamiaceae) // Sci. Reports. 2021. V. 11. P. 7260. https://doi.org/10.1038/s41598-021-86692-3Eklund P.C., Backman M. J., Kronberg L.A., Smeds A.I., Sjoholm R.E. Identification of lignans by liquid chromatography-electrospray ionization ion-trap mass spectrometry // J. Mass Spectr. 2008. V. 43. P. 97. https://doi.org/10.1002/jms.1276.Ruiz A., Hermosín-Gutiérrez I., Vergara C., von Baer D., Zapata M., Hitschfeld A., Obando L., Mardones C. Anthocyanin profiles in south Patagonian wild berries by HPLC-DAD-ESI-MS/MS // Food Res. Int. 2013. V. 51. P. 706. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2013.01.043