RESEARCH ARTICLE

Antioxidative properties of phenolic compounds isolated from the fungal endophytes of Zingiber nimmonii (J. Graham) Dalzell.

  • Madhuchhanda Das 1 ,
  • Harischandra Sripathy Prakash 2 ,
  • Monnanda Somaiah Nalini , 1
Expand
  • 1. Department of Studies in Botany, University of Mysore, Manasagangotri, Mysore – 570 006, Karnataka, India
  • 2. Department of Studies in Biotechnology, University of Mysore, Manasagangotri, Mysore – 570 006, Karnataka, India

Received date: 23 Aug 2016

Accepted date: 16 Nov 2016

Published date: 17 Apr 2017

Copyright

2016 Higher Education Press and Springer-Verlag Berlin Heidelberg

Abstract

BACKGROUND: The microbes living in planta termed ‘endophytes’ is bestowed with the potential to produce bioactive substances. The aim of this investigation was focused on the isolation and molecular identification of the fungal endophytes fromZingiber nimmonii (J. Graham) Dalzell., an endemic medicinal plant species of the ‘Western ghats’, a hotspot location in southern India and characterization of the secondary metabolites responsible for the antioxidant and DNA protective capacity using chromatography and mass spectrometry techniques.

METHODS: Endophytic fungi were isolated and identified by sequencing the Internal Transcribed Spacer (ITS). The secondary metabolites were extracted with ethyl acetate and evaluated for the total phenolic, flavonoid and antioxidant capacities. The isolates with potential antioxidative property were further analyzed for the DNA protection ability and the presence of bioactive phenolic compounds by High Performance Liquid Chromatography (HPLC) and Electrospray Ionization-Mass Spectroscopy/Mass Spectroscopy (ESI-MS/MS) techniques.

RESULTS: Endophytic fungi belonging to 11 different taxa were identified. The total phenolic content of the extracts ranged from 10.8±0.7 to 81.6±6.0 mg gallic acid equivalent/g dry extract. Flavonoid was present in eight extracts in the range of 5.2±0.5 to 24.3±0.9 mg catechin equivalents/g dry extract.Bipolaris specifera, Alternaria tenuissima, Aspergillus terreus, Nectria haematococca and Fusarium chlamydosporum extracts exhibited a potentially high antioxidant capacity. Characterization of the extracts revealed an array of phenolic acids and flavonoids.N. haematococcaand F. chlamydosporum extracts contained quercetin and showed DNA protection ability.

CONCLUSION: This study is the first comprehensive report on the fungal endophytes from Z. nimmonii, as potential sources of antioxidative and DNA protective compounds. The study indicates that Z. nimmonii endophytes are potential sources of antioxidants over the plant itself.

Cite this article

Madhuchhanda Das , Harischandra Sripathy Prakash , Monnanda Somaiah Nalini . Antioxidative properties of phenolic compounds isolated from the fungal endophytes of Zingiber nimmonii (J. Graham) Dalzell.[J]. Frontiers in Biology, 2017 , 12(2) : 151 -162 . DOI: 10.1007/s11515-016-1441-z

Abbreviations

ABTS- 2, 2’-azino-bis(3- ethylbenzthiazoline-6-sulphonic acid); CA- caffeic acid; CE- catechin equivalents; CF- colonization frequency; ChA- chlorogenic acid; CTAB –cetyltrimethyl ammonium bromide; DPPH-1, 1-diphenyl-2- picrylhydrazyl; FA – ferulic acid; FC- Folin–Ciocalteau; GAE-gallic acid equivalent; ITS- Internal Transcribed Spacer; NCBI – National Center for Biotechnology Information; PA – protocatechuic acid;pCA- p-coumaric acid; PDA- potato dextrose agar; PDB – potato dextrose agar; pHBA- p-hydroxybenzoic acid; RF- relative species frequency; RT – retention time; SA- syringic acid; SD – standard deviation; TEAC – Trolox Equivalent Antioxidant Capacity; VA –vanillic acid.

Acknowledgements

The University Grants Commission–Major Research Project and the facilities utilized from Institution of Excellence, University of Mysore, are thankfully acknowledged. Thanks to Dr. Shylaja Dharmesh, Senior Scientist, Central Food Technological Research Institute, Mysore for the inputs in the manuscript.

Compliance with ethics guidelines

Madhuchhanda Das, Harischandra Sripathy Prakash and Monnanda Somaiah Nalini declare that they have no conflict of interest.
1
Ausubel F M, Brent  R, Kingston R E ,  Moore D D ,  Seidman J G ,  Smith J A ,  Struhl K  (1994). Current protocols in molecular biology.Wiley, New York

2
Barros L, Ferreira  M J, Queirós  B, Ferreira C F R ,  Baptista P  (2007). Total phenols, ascorbic acid, β-carotene and lycopene in Portuguese wild edible mushrooms and their antioxidant activities. Food Chem, 103(2): 413–419

DOI

3
Bussaban B, Lumyong  S, Lumyong P ,  Mckenzie E H C ,  Hyde K D  (2001). Endophytic fungi from Amomum siamense. Can J Microbiol, 47(10): 943–948

DOI

4
Çelik H, Arinç  E (2010). Evaluation of the protective effects of quercetin, rutin, resveratrol, naringenin and trolox against idarubicin-induced DNA damage. J Pharm Pharm Sci, 13(2): 231–241

DOI

5
Cheng M J, Wu  M D, Chen  J J, Cheng  Y C, Hsieh  M T, Hsieh  S Y, Yuan  G F, Su  Y S (2014). Secondary metabolites from the endophytic fungus Annulohypoxylon stygium BCRC 34024. Chem Nat Compd, 50(2): 237–241

DOI

6
Das A K, Singh  V (2016). Antioxidative free and bound phenolic constituents in botanical fractions of Indian specialty maize (Zea mays L.) genotypes. Food Chem, 201: 298–306

DOI

7
Deng C M, Liu  S X, Huang  C H, Pang  J Y, Lin  Y C (2013). Secondary metabolites of a mangrove endophytic fungus Aspergillus terreus (No.GX7–3B) from the South China Sea. Mar Drugs, 11(7): 2616–2624

DOI

8
Duthie S J, Collins  A R, Duthie  G G, Dobson  V L (1997). Quercetin and myricetin protect against hydrogen peroxide-induced DNA damage strand breaks and oxidised pyrimidines in human lymphocytes. Mutat Res, 393(3): 223–231

DOI

9
Finose A, Gopalakrishnan  V K (2014). Antioxidant potential of Zingiber nimmonii (J. Graham) Dalzell. Int J Pharm PharmSci, 6(6): 50–52

10
Gamble J S (1928). Flora of the Presidency of Madras. Vol.III, Bishen Singh Mahenra Pal Singh, Dehra Dun, India, pp. 1487–1489

11
Huang W Y, Cai  Y Z, Hyde  K D, Corke  H, Sun M  (2007b). Endophytic fungi from Nerium oleander L (Apocynaceae): main constituents and antioxidant activity. World J Microbiol Biotechnol, 23(9): 1253–1263

DOI

12
Huang W Y, Cai  Y Z, Xing  J, Corke H ,  Sun M (2007a). A Potential antioxidant resource: endophytic fungi from medicinal plants. Econ Bot, 61(1): 14–30

DOI

13
Jasim B, Anisha  C, Rohini S ,  Kurian J M ,  Jyothis M ,  Radhakrishnan E K  (2014). Phenazine carboxylic acid production and rhizome protective effect of endophytic Pseudomonas aeruginosa isolated from Zingiber officinale. World J Microbiol Biotechnol, 30(5): 1649–1654

DOI

14
Jing P, Zhao  S J, Jian  W J, Qian  B J, Dong  Y, Pang J  (2012). Quantitative studies on structure- DPPH• scavenging activity relationships of food phenolic acids. Molecules, 17(12): 12910–12924

DOI

15
Karamac M, Kosiñska  A, Pegg R B  (2005). Comparison of radical-scavenging activities for selected phenolic acids. Pol J Food NutrSci, 14/55(2): 165–170

16
Kavitha P G, Kiran  A G, Dinesh Raj  R, Sabu M ,  Thomas G  (2010). Amplified fragment length polymorphism analyses unravel a striking difference in the intraspecific genetic diversity of four species of four species of genus Zingiber Boehm. from the Western Ghats, South India. Curr Sci, 98(2): 242–246

17
Lee J C, Kim  H R, Kim  J, Jang Y S  (2002). Antioxidant activity of ethanol extract of the stem of Opuntiaficus-indica var. saboten. J Agric Food Chem, 50(22): 6490–6496

DOI

18
Liu X, Dong  M, Chen X ,  Jiang M ,  Lv X, Yan  G (2007). Antioxidant activity and phenolics of an endophytic Xylaria sp. from Ginkgo biloba. Food Chem, 105(2): 548–554

DOI

19
Maldonado P D ,  Rivero-Cruz I ,  Mata R, Pedraza-Chaverrí  J (2005). Antioxidant activity of A-type proanthocyanidins from Geranium niveum (Geraniaceae). J Agric Food Chem, 53(6): 1996–2001

DOI

20
Nalini MS, Sunayana  N, Prakash HS  (2014). Endophytic fungal diversity in medicinal plants of Western Ghats, India. Int J Biodiv, doi:org/10.1155/2014/494213.

21
Nongalleima K, Dey  A, Lokesh D ,  Singh C B ,  Thongam B ,  Sunitibala D H ,  Indira D S  (2013). Endophytic fungus isolated from Zingiber zerumbet (L.) Sm. inhibits free radicals and cyclooxygenase activity. Int J Pharm Tech Res, 5(2): 301–307

22
Ohkawa H, Ohishi  N, Yagi K  (1979). Assay for lipid peroxides in animal tissues by thiobarbituric acid reaction. Anal Biochem, 95(2): 351–358

DOI

23
Onyema O O, Farombi  E O, Emerole  G O, Ukoha  A I, Onyeze  G O (2006). Effect of vitamin E on monosodium glutamate induced hepatotoxicity and oxidative stress in rats. Indian J Biochem Biophys, 43(1): 20–24

24
Oyaizu M (1986). Studies on product of browning reaction prepared from glucose amine. J Nutr, 44: 307–315

25
Pérez-Magariño S ,  Revilla I ,  González-SanJosé M L, Beltrán S  (1999). Various applications of liquid chromatography-mass spectrometry to the analysis of phenolic compounds. J Chromatogr A, 847(1-2): 75–81

DOI

26
Pizarro J G, Folch  J, De La Torre A V, Verdaguer E ,  Junyent F ,  Jordan J ,  Pallas M ,  Camins A  (2009). Oxidative stress-induced DNA damage and cell cycle regulation in B65 dopaminergic cell line. Free Radic Res, 43(10): 985–994

DOI

27
Re R, Pellegrini  N, Proteggente A ,  Pannala A ,  Yang M, Evans  C R (1999). Antioxidant activity applying and improved ABTS radical cation decolorization assay. Free Radic Biol Med, 26(9-10): 1231–1237

DOI

28
Sabulal B, Dan  M, John J A ,  Kurup R ,  Pradeep N S ,  Valsamma R K ,  George V  (2006). Caryophyllene-rich rhizome oil of Zingiber nimmonii from South India: chemical characterization and antimicrobial activity. Phytochemistry, 67(22): 2469–2473

DOI

29
Samaga P V, Rai  V R (2016). Diversity and bioactive potential of endophytic fungi from Nothapodytes foetida, Hypericum mysorense and Hypericum japonicum collected from Western Ghats of India. Ann Microbiol, 66(1): 229–244

DOI

30
Schulz B, Guske  S, Dammann U ,  Boyle C  (1998). Endophyte host interactions II. Defining symbiosis of the endophyte host interaction. Symbiosis, 25: 213–227

31
Strobel G, Daisy  B (2003). Bio prospecting for microbial endophytes and their natural products. Microbiol Mol Biol Rev, 67(4): 491–502

DOI

32
Strobel G, Yang  X, Sears J ,  Kramer R ,  Sidhu R S ,  Hess W M  (1996). Taxol from Pestalotiopsis microspora, an endophytic fungus of Taxus wallachiana. Microbiology, 142(2): 435–440

DOI

33
Sun J, Liang  F, Bin Y ,  Li P, Duan  C (2007). Screening non-colored phenolics in red wines using liquid chromatography/ultraviolet and mass spectrometry/mass spectrometry libraries. Molecules, 12(3): 679–693

DOI

34
Tan R X, Zou  W X (2001). Endophytes: a rich source of functional metabolites. Nat Prod Rep, 18(4): 448–459

DOI

35
Tejesvi M V, Mahesh  B, Nalini M S ,  Prakash H S ,  Kini K R ,  Subbiah V ,  Shetty H S  (2005). Endophytic fungal assemblages from inner bark and twig of Terminalia arjuna W. & A. (Combretaceae). World J Microbiol Biotechnol, 21(8-9): 1535–1540

DOI

36
Thannickal V J ,  Fanburg B L  (2000). Reactive oxygen species in cell signalling. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol, 279: L1005–L1028

37
Tiwari S, Singh  S, Pandey P ,  Saikia S K ,  Negi A S ,  Gupta S K ,  Pandey R ,  Banerjee S  (2014). Isolation, structure determination, and antiaging effects of 2,3-pentanediol from endophytic fungus of Curcuma amada and docking studies. Protoplasma, 251(5): 1089–1098

DOI

38
Tuma D J, Casey  C A (2003). Dangerous byproducts of alcohol breakdown—focus on adducts. Alcohol Res Health, 27: 285–290

39
Wilson D (1995). Fungal endophytes: out of sight but should not be out of mind. Oikos, 68(2): 379–384

DOI

40
Yashavantha Rao H C ,  Rakshith D ,  Satish S  (2015). Antimicrobial properties of endophytic actinomycetes isolated from Combretum latifolium Blume, a medicinal shrub from Western Ghats of India. Front Biol, 10(6): 528–536

DOI

Outlines

/