Botanical characteristics, phytochemical profile and biological effects of Globularia L. species

Abstract

Vrsta Globularia alypum L. široko je primjenjivana biljna vrsta u narodnoj medicini mediteranskih zemalja i najbolje istražena predstavnica roda Globularia L. U okviru ovog doktorskog rada prvi je put provedeno opsežno usporedno istraživanje botaničkih obilježja, fitokemijskog profila i bioloških učinaka četiriju vrsta roda Globularia, koje je, uz vrstu G. alypum, uključivalo tri slabije istražene srodne vrste: G. cordifolia L. (G. cordifolia subsp. cordifolia (L.) Hayek), G. meridionalis (Podp.) O. Schwarz (G. cordifolia subsp. bellidifolia (Ten.) Wettst.) i G. punctata Lapeyr. Istraživanjem su obuhvaćeni uzorci 19 samoniklih populacija, sabrani u vrijeme cvatnje na području Hrvatske i okolice kroz više različitih sezona (do pet). U cilju procjene biomedicinskog potencijala slabije istraženih vrsta provedena je kvalitativna i kvantitativna kemijska analiza biološki aktivnih sastavnica primjenom različitih kromatografskih i spektroskopskih tehnika (TLC, HPLC-DAD-ESI-MS, LC-PDA-ESI-MSn, UV/Vis spektrofotometrija, GC-FID, GC-MS), a prikladnim metodama u uvjetima in vitro ispitani su odabrani biološki učinci prethodno utvrđeni kod vrste G. alypum (antidijabetski, antioksidativni, protuupalni, antimikrobni i citotoksični). Navedenim istraživanjima prethodila su temeljna botanička istraživanja na ekološkoj, morfološkoj, histološko-anatomskoj, citološkoj i molekularnoj razini, kojima se u kombinaciji s fitokemijskim istraživanjima pokušalo pridonijeti rješavanju taksonomskog spora oko razdvojenosti vrsta G. cordifolia i G. meridionalis. Sve četiri istraživane vrste pokazale su antidijabetski, antioksidativni, protuupalni, antimikrobni i citotoksični učinak u uvjetima in vitro, što je bilo moguće povezati s njihovim utvrđenim fitokemijskim profilima. Rezultati usporedbe fitokemijskog profila ukazali su na veću sličnost vrste G. punctata (podrod Globularia) s vrstom G. alypum (podrod Abolaria) od ostalih dviju vrsta (podrod Abolaria). Podjelu na podrodove nije podupirala ni usporedba histološko-anatomskih, molekularnih i fitokemijskih značajki, koja je ukazala na veću sličnost vrsta G. cordifolia i G. meridionalis s vrstom G. punctata. Također, kod uzoraka uključenih u ovo istraživanje nisu uočena karakteristična ekološka, morfološka, histološko-anatomska, citološka, molekularna ili fitokemijska obilježja koja bi podupirala razdvajanje na vrste G. cordifolia i G. meridionalis.Globularia alypum L. is a plant species widely used in folk medicine of Mediterranean countries and the best explored representative of the genus Globularia L. In this doctoral thesis, a comprehensive comparative study of botanical characteristics, phytochemical profile and biological effects of four Globularia species, which, apart from G. alypum, included three less explored related species: G. cordifolia L. (G. cordifolia subsp. cordifolia (L.) Hayek), G. meridionalis (Podp.) O. Schwarz (G. cordifolia subsp. bellidifolia (Ten.) Wettst.) and G. punctata Lapeyr., was conducted for the first time. Samples from 19 natural populations, collected during flowering time in Croatia and surrounding area in several different seasons (up to five), were used in this study. In order to evaluate the biomedical potential of less investigated species, qualitative and quantitative chemical analyses of biologically active constituents were conducted using different chromatographic and spectroscopic techniques (TLC, HPLC-DAD-ESI-MS, LC-PDA-ESI-MSn, UV/Vis spectrophotometry, GC-FID, GC-MS), while suitable in vitro methods were used to evaluate selected biological effects, previously established for G. alypum (antidiabetic, antioxidative, anti-inflammatory, antimicrobial and cytotoxic). The aforementioned research was preceded by basic botanical research on ecological, morphological, histo-anatomical, cytological and molecular level, by which, in combination with the phytochemical research, an attempt was made to contribute to the resolution of the taxonomic dispute over the separation of the species G. cordifolia and G. meridionalis. All four examined species showed antidiabetic, antioxidative, anti-inflammatory, antimicrobial and cytotoxic activity in vitro, which could be linked to their established phytochemical profiles. The results of the comparison of phytochemical profiles showed greater similarity of G. punctata (subgenus Globularia) to G. alypum (subgenus Abolaria) than those of the other two species (subgenus Abolaria). The division into subgenera was also not supported by the comparison of histo-anatomical, molecular and phytochemical characteristics, which indicated greater similarity of G. cordifolia and G. meridionalis to G. punctata. Moreover, no ecological, morphological, histo-anatomical, cytological, molecular or phytochemical characteristics, that would support the separation of G. cordifolia and G. meridionalis into different species, were observed for the samples included in this study