Metabolic Profiling Using Gas Chromatography-Mass Spectrometry and Optimization of Light-Emitting Diodes for Callus Induction in Patchouli "Tapak Tuan" (Pogostemon cablin Benth.).

چکیده اصلی

INTRODUCTION: Patchouli is an aromatic medicinal plant. The essential oil from patchouli is widely used in the perfume and pharmaceutical industries. In vitro culture systems provide a sustainable platform for increasing biomass and secondary metabolite exploration; however, the role of light quality in regulating these responses in Tapak Tuan patchouli callus remains underexplored. OBJECTIVE: This study compared the effects of blue, red, and white light-emitting diodes (LEDs) with fluorescent light as the control on patchouli callus cultures. RESULTS: After 8 weeks, blue LEDs produced the highest callus fresh weight (7.34 ± 0.29) and promoted early organogenic responses, with shoot primordia observed in all explants, although complete plantlets were not obtained during the culture period. Red LED treatment showed the strongest qualitative flavonoid reaction based on phytochemical screening. Further GC-MS-based metabolite profiling, expressed as relative peak area (%), indicated that red LED-treated callus had the highest number of detected compounds, including several treatment-associated compounds, whereas blue LED-treated callus showed the presence of pogostone, a pharmacologically relevant metabolite. These results indicate that different light treatments, representing both spectral and PPFD differences, were associated with distinct callus growth responses and metabolite profiles in patchouli callus. CONCLUSION: The integration of qualitative phytochemical screening and descriptive GC-MS profiling provides preliminary insights into LED-associated variation in patchouli callus cultures and highlights the potential use of targeted lighting strategies for optimizing biomass production and metabolite profiling. Future studies using standardized PPFD, replicated GC-MS analysis, internal standards, and quantitative biochemical assays are needed to validate these findings and clarify the underlying mechanisms.

ترجمه فارسی چکیده

پاچولی گیاه دارویی عطری است. روغن اساسی آن در صنایع عطر و دارویی استفاده گسترده‌ای دارد. سیستم‌های کشت در vitro پلتفرم پایداری برای افزایش بیوماس و بررسی متابولیت‌های ثانویه فراهم می‌کنند، اما نقش کیفیت نور در تنظیم این پاسخ‌ها در کالوس پاچولی «تاپک توان» کمتر بررسی شده است. این مطالعه اثرات نورهای ساطع‌کننده قرمز، آبی و سفید (LED) در مقایسه با نور فلورسنت به عنوان کنترل را بر روی کشت کالوس پاچولی بررسی کرد. پس از ۸ هفته، LEDهای آبی بیشترین وزن تازه کالوس (۷.۳۴ ± ۰.۲۹) را تولید کردند و پاسخ‌های اولیه آتروفیژتیک را تقویت کردند، با مشاهده بذرهای شاخه‌ای در تمام نمونه‌ها، هرچند در طول دوره کشت گیاهچه‌های کامل به دست نیامدند. درمان با LED قرمز بر اساس غربالگری فیتوشیمیایی، قوی‌ترین واکنش فلاونوئیدی کیفی را نشان داد. پروفایل متابولیتی مبتنی بر GC-MS، به صورت مساحت پیک نسبی (%)، نشان داد که کالوس درمان شده با LED قرمز بیشترین تعداد ترکیب‌های شناسایی شده را داشت، از جمله چندین ترکیب مرتبط با درمان، در حالی که کالوس درمان شده با LED آبی حضور پوگوستون، یک متابولیت مرتبط دارویی، را نشان داد. این نتایج نشان می‌دهد که درمان‌های نور متفاوت، که هم تفاوت‌های طیفی و هم PPFD را نشان می‌دهند، با پاسخ‌های رشد و پروفایل‌های متابولیتی متفاوت در کالوس پاچولی مرتبط بوده‌اند. ادغام غربالگری فیتوشیمیایی کیفی و پروفایل‌سازی GC-MS، دیدگاه‌های اولیه در مورد تغییرات مرتبط با LED در کشت کالوس پاچولی ارائه می‌دهد و پتانسیل استفاده از استراتژی‌های نوردهی هدفمند را برای بهینه‌سازی تولید بیوماس و پروفایل متابولیتی برجسته می‌کند. مطالعات آینده با استفاده از PPFD استاندارد، تحلیل تکرارشونده GC-MS، استانداردهای داخلی و تست‌های بیوشیمیایی کمی برای تأیید این یافته‌ها و روشن کردن مکانیسم‌های زیربنایی مورد نیاز است.

متن کامل اصلی