This work was carried out to establish adventitious root culture system in three Panax species (wild-grown P. ginseng, P. quinquefolium, and P. japonicum) to analyze their ginsenoside productivity. Adventitious roots were induced directly from segments of seedlings after cultured on MS(Murashige andSkoog 1962) solid medium containing 3.0 mg/l IBA. Omission of $NH_4NO_3$ from the medium greatly enhanced both the frequency of adventitious root formation and number of roots per explants in all the three Panax species. However, elongation of post-induced adventitious roots was enhanced on medium with $NH_4NO_3$. Two-step culture protocol: $NH_4NO_3$-free medium for first two weeks of culture, followed by $NH_4NO_3$ containing medium for further 4 weeks, greatly enhanced the fresh weight increase of adventitious roots in all the three ginseng species. The fresh weight of adventitious roots was high in P. quinquefolium and low in P. ginseng, followed by P. japonioum regardless of the composition of medium. Pattern and content of ginsenosides in adventitious roots differed among the three Panax species. Total ginsenoside content of adventitious roots in P. quinquefolium, P. ginseng, and p. japonicum was 8.03, 15.7 and 1.2 mg/g dry weight, respectively. Among the three speices, adventitious roots in P. quinquefolium produced hig-hamount of ginsenosides. The pattern of ginsenoside fractions between P. ginseng and P. quinquefolium was similar but the amount of ginsenoside differed between the two, While, in P japonicum, total ginsenoside content was very low and some ginsenosides such as ginsenoside Rb2 and Rf were not detected. Conclusively, we demonstrate that same culture condition was required for induction and elongation of adventitious roots of three ginseng species but growth of adventitious roots and their ginsenoside production were different among them.
The present study was conducted to assess the effect of total saponins from Korean red ginseng on the biosynthesis of inositol phospholipids in vivo and also effects on the metabolic enzymes, such as phosphatidylinositol-specific phospholipase C(Pl-PLC) and PI-kinases. The administration of 0.1% saponin solution, 0.1 ml 3 times a day intraperitoneally to 5 mice for 30 days has increased a 23% of the body weight when it compared with a control group. The amounts of 32P-phoschorus radioactivity incorporated into the phosphoinositides from the liver and brain tissues have increased a 310% and 260%, respectively, in the saponin treated mice. The activities of PI-PLC from liver and brain were stimulated in the various amounts by the conditions treated with saponins. The PI-kinases from liver and brain were also activated by saponins, but its effect was lower than that of PI-PLC. From these results, it was confirmed that red ginseng saponins have affected positively not only on the biosynthesis of phosphoinositides but also on the PI-PLC and PI-kinases related to the cellular signal transduction.
For the elucidation of saponin synthesis during ontogeny changes of ginsenosides and free sugars in seeds during stratification and seedlings in early growth stage were investigated with high performance liquid chrom-atography. Embryo plus endosperm at 40-day stratification showed 80% decrease of total saponin, disappear-ance of Rc, Rb$_2$ and Rb$_1$ and appearance of Rg$_3$ (probable) and 20-Glc-Rf (probable). Leaf ginsenoside F$_3$ was found not in fruit plup but seed and decreased during stratification. Both decomposition and synthesis of saponin seemed to occure during stratification. Ginsenosides in endosperm and embryo might be originated from fruit pulp by penetration. In seedling saponin appeared first in shoot and in root about one month later. Ginsenoside Rc, Rb$_2$, Rb$_1$ appeared in root at the last investigation (June 30) indicating normal saponin synthetic capacity of root. Saponin synthetic rate was twice in leaf than in root. Leaf ginsenoside F$_3$ was found in seedling root. Root saponin Rg$_3$ and 20-Glc-Rf were found in leaf and stem in seedling and decreased with growth suggesting that rate saponin is not such in certain growth stage. Total saponin content was negatively correlated with PT/PD in seeds and arial parts of seedling due to greater change of PD. than PT. Seed at 70days stratification showed high sucrose content. In seedling glucose was main sugar in stem all the while and sucrose in root at early stage while glucose, fructose and sucrose were found in leaf.
Commercial white and red ginseng concentrates were analysed for total ginsenoside contents, and compositions of ginsenosides $Rb_1,\;Rb_2,\;Rc,\;Re,\;Rf,\;Rg_1,\;20(S)\;Rg_3,\;20(S)\;Rh_1,\;and\;20(R)\;Rh_1$. The content of crude saponin and total ginsenosides of white ginseng concentrates (WGC) were about 2-3 times higher than those of red ginseng concentrates (RGC). HPLC showed that each ginsenoside content was higher in WGC, with those of $Rb_1,\;Rg_1,\;and\;Rb_2$ being over three times higher than that of RGC. 20(S)- and 20(R)-ginsenoside $Rg_3$, specific artifacts found only in red ginseng, were detected both in WGC and RGC by HPLC. differences in the contents of these specific ginsenosides between WGC and RGC were not significant. The contents of 20(S)-ginsenoside $Rg_1$, determined by HPLC were 0.40 and 0.53 in WGC, whereas 0.48% and 0.47%, and those of 20(R)-ginsenoside $Rg_3$, were 0.14 and 0.22% in WGC, and 0.10 and 0.11% in RGC using the methods of shibata and food Code, respectively.
Han, Jin Soo;Tak, Hyun Seong;Lee, Gang Seon;Kim, Jung Sun;Choi, Jae Eul
Korean Journal of Medicinal Crop Science
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v.21
no.3
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pp.184-190
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2013
This study was carried out to investigate ginsenoside content in different root parts and the correlation between root diameter and ginsenoside composition of Panax ginseng C. A. Meyer cultivated by direct seeding. The unit contents of ginsenoside were 29.65, 28.76, 26.34 mg/g, respectively in 4, 5, 6 years old. However, the total contents of ginsenoside were 431.97, 606.56, 657.80 mg/root, respectively. Total ginsenoside content of fine root was higher than that of main root and lateral root. These tendencies were related to decrease by the increase of root diameter. When diameter of main root and lateral root were the same in different ages, the total ginsenoside content was higher in the order of 4 > 5 > 6 years old roots. Except for ginsenoside-Rg1, other ginsenosides components (PD/PT and total ginsenosides) had highly negative correlation with the root diameter within whole root, main root, lateral root and fine root, which indicated that ginsenoside content is correlated to root diameter. As results, it is suggested that ginsenoside content can be predicted.
Among 12 kinds of ginsenosides in ginseng saponin, ginsenoside-Rb$_1$was contained the most abundantly. But ginsenoside-Rd which is similar to ginsenoside-Rb$_1$in structure, was known to be superior to ginsenoside-Rb$_1$pharmaceutically. In order to convert ginsenoside-Rb$_1$into ginsenoside-Rd by microbial enzyme treatment, a Rhizopus sp. was selected among various strais of molds found in rotten ginseng roots. Enzyme was prepared from the extract of wheat bran koji culture by ammonium sulfate precipitation (1.0 sat'd) and succeeding ammonium sulfate fractionation method (0.6-0.9 sat'd). For the purpose of use as substrate, saponins were purified by the several purification steps from alcohol extract of red ginseng roots. We obtained the total saponin which was composed of 36.5% of ginsenoside Rb$_1$, 12.2% of ginsenoside-Rd and other ginsenosides. For increase of ginsenoside-Rb$_1$ component ratio, we also obtained further purified ginsenoside-Rb group saponin containing 54.5% of ginsenoside-Rb$_1$, 1.1% of ginsenoside- Rd and other ginsenosides from purified the total saponin. In the enzymatic reaction system including the total saponin or the ginsenoside-Rb group saponin, we confirmed the specific conversion of ginsenoside-Rb$_1$to ginsenoside-Rd proportionally and no change of any other ginsenoside patterns by thin layer chromatography and high performance liquid chromatography.
Red ginseng was treated by subcritical water extraction (SWE) whose two parameters were the extraction temperature ($105-150^{\circ}C$) and time (5-20 min) under a high pressure. The oBrix value, solid content, color difference, and turbidity of the red ginseng extract increased with increasing extraction time and temperature, while the pH decreased. The total concentration of ginsenosides in the red ginseng extract was maximal at $120^{\circ}C$ and 20 min. The concentrations of ginsenosides Rg3 and Rh1 were maximal at $150^{\circ}C$ and 15 min. The concentrations of Rg3 and Rh1 were respectively 3.5-5 times and 2-2.5 times higher than those treated by conventional extraction methods with hot water, ethanol, and methanol. SWE is a particularly effective method for the selective extraction of less-polar ginsenosides such as Rg3 which is well known to exert strong anticancer effects.
Background: The effect of methyl jasmonate (MJ) on ginsenoside production in different organs of ginseng (Panax ginseng Meyer) was evaluated after the whole plant was dipped in an MJ-containing solution. MJ can induce the production of antioxidant defense genes and secondary metabolites in plants. In ginseng, MJ treatment in adventitious root resulted in the increase of dammarenediol synthase expression but a decrease of cycloartenol synthase expression, thereby enhancing ginsenoside biosynthesis. Although a previous study focused on the application of MJ to affect ginsenoside production in adventitious roots, we conducted our research on entire plants by evaluating the effect of exogenous MJ on ginsenoside production with the aim of obtaining new approaches to study ginsenoside biosynthesis response to MJ in vivo. Methods: Different parts of MJ-treated ginseng plants were analyzed for ginsenoside contents (fine root, root body, epidermis, rhizome, stem, and leaf) by high-performance liquid chromatography. Results: The total ginsenoside content of the ginseng root significantly increased after 2 d of MJ treatment compared with the control not subjected to MJ. Our results revealed that MJ treatment enhances ginsenoside production not in the epidermis but in the stele of the ginseng root, implying transportation of ginsenosides from the root vasculature to the epidermis. Application of MJ enhanced protopanaxadiol (PPD)-type ginsenosides, whereas chilling treatment induced protopanaxatriol (PPT)-type ginsenosides. Conclusion: These findings indicate that the production of PPD-type and PPT-type ginsenosides is differently affected by abiotic and biotic stresses in the ginseng plant, and they might play different defense mechanism roles.
Dwarf ginseng (Panax trifolius L.) is a member of the ginseng family (Araliaceae). which is indigenous to North America and is distributed from Southern Canada to the Northern United States. In total. nine compounds were isolated from the leaves of Dwarf gineng. Of these. four were identified as flavonoids and five were found to be ginsenosides. Two of the flavonoids were identified to be kaempferol-3. 7-dirhamnoside and kaempferol-3-gluco-7-rhamnoside. Four of the ginsenosides were identified as notoginsenoside-Fe. ginsenoside-Rd. ginsenoside-Rc and $ginsenoside-Rb_1$ The common aglycone of these ginsenosides was shown to be (20S)-protopanaxadiol. The identification of flavonoids and ginsenosides from the root. stem. leaf. flower and fruit of Dwarf ginseng was detected by Two-Dimensional Thin-Layer Chromatography (2D-TLC) and High Performance Liquid Chromatography (HPLC). The quantitation of flavonoids and ginsenosides from the root. stem. leaf. flower and fruit of Dwarf ginseng and related species such as Korean gineng (Panax ginseng C.A. Meyer) and American ginseng (Panax quinquefolium L.) was analyzed by HPLC only. Three flavonoids (Kaempferol derivatives) labelled compound 1 $(10.8\%)$, compound 3 ($2.8\%$), and compound 4 ($8.4\%)$ were found in the root of Dwarf ginseng but not found in the roots of Korean ginseng and American ginseng. This is the first time that flavonoids have been found and identified in roots of the ginseng family (Araliaceae).
Zhu, Zhu;Li, Ruimei;Qin, Wei;Zhang, Hantao;Cheng, Yao;Chen, Feiyan;Chen, Cuihua;Chen, Lin;Zhao, Yunan
Journal of Ginseng Research
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v.46
no.6
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pp.750-758
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2022
Background: Mild cognitive impairment (MCI) is a transitional condition between normality and dementia. Ginseng is known to have effects on attenuating cognitive deficits in neurogenerative diseases. Ginsenosides are the main bioactive component of ginseng, and their protein targets have not been fully understood. Furthermore, no thorough analysis is reported in ginsenoside-related protein targets in MCI. Methods: The candidate protein targets of ginsenosides in brain tissues were identified by drug affinity responsive target stability (DARTS) coupled with label-free liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS) analysis. Network pharmacology approach was used to collect the therapeutic targets for MCI. Based on the above-mentioned overlapping targets, we built up a proteineprotein interaction (PPI) network in STRING database and conducted gene ontology (GO) enrichment analysis. Finally, we assessed the effects of ginseng total saponins (GTS) and different ginsenosides on mitochondrial function by measuring the activity of the mitochondrial respiratory chain complex and performing molecular docking. Results: We screened 2526 MCI-related protein targets by databases and 349 ginsenoside-related protein targets by DARTS. On the basis of these 81 overlapping genes, enrichment analysis showed the mitochondria played an important role in GTS-mediated MCI pharmacological process. Mitochondrial function analysis showed GTS, protopanaxatriol (PPT), and Rd increased the activities of complex I in a dose-dependent manner. Molecular docking also predicted the docking pockets between PPT or Rd and mitochondrial respiratory chain complex I. Conclusion: This study indicated that ginsenosides might alleviate MCI by targeting respiratory chain complex I and regulating mitochondrial function, supporting ginseng's therapeutic application in cognitive deficits.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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