Metsäkurjenpolvesta löytyy harvinaisia tanniineja (Väitös: FM Anu Tuominen, 5.1.2018, luonnonyhdisteiden kemia)
Metsäkurjenpolven sisältämät tanniinit, flavonoidit ja muut fenoliset yhdisteet vaihtelevat merkittävästi kasvin eri osissa. Turun yliopistossa väittelevä Anu Tuominen osoittaa väitöstutkimuksessaan, että puolustusyhdisteiden kasvinsisäisen jakaantumisen ja kasvukauden aikaisen pitoisuuden tunteminen on tärkeää, jotta kasvia voidaan hyödyntää luontaistuotteissa tai arvioida yhdisteiden roolia ekologisissa kasvi–kasvinsyöjä-vuorovaikutuksissa.
Turun yliopiston tiedote 2.1.2018
Suomessa yleisesti metsissä, niityillä ja tienvarsilla kasvava metsäkurjenpolvi (Geranium sylvaticum) on erittäin tanniinipitoinen kasvi. Tanniinit ovat yksi fenolisten yhdisteiden alaluokka, joka voidaan edelleen jakaa proantosyanidiineihin ja hydrolysoituviin tanniineihin. Tuominen kehitti työssään analyysimenetelmiä, joilla hän tutki tanniinien ja muiden polyfenolien jakaantumista metsäkurjenpolven kukkien heteistä, emeistä, terälehdistä, verholehdistä ja siemenistä sekä peruselimistä eli lehdistä, varsista ja juurista.
– Tutkimuksessani paljastui metsäkurjenpolven kemiallinen monimuotoisuus. Tunnistin kasvinosista kaikkiaan kuutisenkymmentä yhdistettä. Havaitsin, että kasvisuvun mukaan nimetty geraniini, jota ei löydy juurikaan muista kuin kurjenpolvikasveista, sekä muut ellagitanniinit ovat vallitseva yhdisteryhmä kaikissa metsänkurjenpolven maanpäällisissä vihreissä osissa, Tuominen toteaa.
Kasvin eri osista löytyi runsaasti erilaistuneita fenolisia yhdisteitä.
– Emeihin esimerkiksi kertyy gallotanniineja, heteisiin rikastuu flavonoideja, terälehdissä on aivan omanlaisiaan hydrolysoituvia tanniineja, kun taas siemeniin ja juuriin rikastuu erityyppisiä ja -kokoisia pidempiketjuisia tanniineja, Tuominen summaa.
Bioaktiiviset tanniinit
Fenolisilla yhdisteillä on kasveissa monenlaisia tehtäviä. Esimerkiksi flavonoidit suojaavat haitalliselta UV-säteilyltä ja toimivat väriä antavina pigmentteinä. Tanniinit toimivat kasvissa puolustusyhdisteinä hyönteissyöjiä vastaan.
– Kurjenpolven pääyhdisteellä geraniinilla ei ole tanniinimaista ihmissuuta kuivattavaa ominaisuutta. Luonnonlääketieteessä kurjenpolvikasvien uutteita käytetäänkin paljon esimerkiksi ripulin hoitoon ja antibakteerisena suuhuuhteena, Tuominen kertoo.
Esimerkiksi teen ja marjojen sisältämien fenolisten yhdisteiden terveyttä edistävien vaikutusten katsotaan johtuvan niiden kyvystä toimia antioksidanttina, hapettumisenestoaineena.
– Toisaalta joissakin olosuhteissa tanniinit voivat toimia myös pro-oksidantteina, jolloin ne edesauttavat haitallisia hapettumisreaktioita. Tutkimuksessani havaitsin, että metsäkurjenpolven lehti-, emi- ja juuriuutteet osoittivat voimakasta antioksidantti- ja pro-oksidanttiaktiivisuutta. Bioaktiivisia yhdisteitä kertyi siis etenkin niihin kasvinosiin, jotka ovat alttiita kasvinsyöjien hyökkäyksille tai tärkeitä kasviyksilön selviytymisen kannalta, Tuominen kertoo.
Terälehdistä löytyi ennestään tuntematon tanniiniryhmä
Metsäkurjenpolven terälehdistä Tuominen löysi uuden hydrolysoituvien tanniinien ryhmän, jotka nimettiin kasvin tieteellisen nimen mukaan sylvatiineiksi. Niitä ei löytynyt muista kasvinosista.
– Sylvatiinien rakenteissa oli samankaltaisuutta terälehtien violetin värin antavan antosyaanipigmentin kanssa. Tästä minulle heräsi ajatus kehittää bioaktiivisuusmenetelmä, jolla voidaan tutkia sylvatiinien kykyä toimia terälehtien antosyaanien kopigmenttinä, Tuominen kertoo.
Kopigmentti on väritön yhdiste, joka vahvistaa pigmentin väriä ja pysyvyyttä. Mitatuista sylvatiineista kaksi vahvistivat voimakkaasti terälehtiuutteiden violettia sävyä.
– Tämä antaa viitteitä siitä, että hydrolysoituvilla tanniineilla voisi olla kasvissa pölyttäjiä houkutteleva tehtävä, Tuominen kiteyttää.
Kasvukausi ja kukkaosien kasvuvaihe vaikuttavat tanniinipitoisuuksien vaihteluun
Kurjenpolvikasvien tanniinipitoisuuksissa ei ole aikaisemmissa tutkimuksissa havaittu huomattavia kasvukaudenaikaisia eroja. Tuomisen tutkimuksessa metsäkurjenpolven pääyhdisteen, geraniinin, pitoisuus pysyi lehdissä tasaisena koko kasvukauden ajan.
– Kun tutkin erikseen myös muut kasvin osat ja käytin erittäin tarkkoja massaspektrometrisiä menetelmiä, havaitsin muissa pienyhdisteissä kasvukauden aikaista vaihtelua. Nuorissa lehdissä keväällä oli esimerkiksi huomattavasti enemmän galloyyliglukooseja kuin isoissa vanhoissa lehdissä, kun taas joidenkin hydrolysoituvien tanniinien pitoisuus kasvoi syksyä kohden, Tuominen kertoo.
Kukkien emeissä gallotanniinipitoisuus moninkertaistui, kun emi alkoi pölytyksen jälkeen kehittyä hedelmäksi. Gallotanniinien korkea pitoisuus saattaa suojella emin sisällä kehittyviä siemeniä kasvinsyöjiltä.
– Fenolisten yhdisteiden kasvinsisäinen jakaantuminen, kasvukauden ja -vaiheen aikainen vaihtelu sekä biologinen aktiivisuus kuvastavat, kuinka erityyppisillä tanniineilla voi olla erilaisia tehtäviä kasvin ja esimerkiksi sen pölyttäjien, kasvinsyöjien ja kasvitautien aiheuttajien välisissä vuorovaikutuksissa, Tuominen kiteyttää.
***
FM Anu Tuominen esittää väitöskirjansa Tannins and other polyphenols in Geranium sylvaticum: Identification, intraplant distribution and biological activity julkisesti tarkastettavaksi Turun yliopistossa perjantaina 5.1.2018 klo 12.00 (Turun yliopisto, Arcanum, Arc 1, Arcanuminkuja 4, Turku).
Vastaväittäjänä toimii professori Kristiina Wähälä (Helsingin yliopisto) ja kustoksena professori Juha-Pekka Salminen (Turun yliopisto). Tilaisuus on suomenkielinen.
FM Anu Tuominen on syntynyt vuonna 1979 ja kirjoittanut ylioppilaaksi Tammerkosken lukiossa Tampereella vuonna 1998. Tuominen suoritti korkeakoulututkintonsa (FM) Turun yliopistossa vuonna 2006. Väitöksen alana on luonnonyhdisteiden kemia. Tuominen työskentelee Bayer Oy:ssä tutkijana.
Väittelijän yhteystiedot: p. 040 5779981, ankatu@utu.fi
Väittelijän kuva: https://apps.utu.fi/media/vaittelijat/tuominen_anu.jpg
Väitöskirja on julkaistu sähköisenä: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-29-7050-6