Análise quimiotaxonômica de Solanaceae Juss. com base em alcaloides derivados da ornitina e vitanolídeos

Abstract

O status atual do conhecimento taxonômico e fitoquímico de Solanaceae torna essa importante família de eudicotiledôneas um ótimo modelo para estudos quimiotaxonômicos, os quais se constituem em uma valiosa ferramenta para a compreensão da diversidade biológica, além de favorecer o esclarecimento de dúvidas existentes no arranjo taxonômico dessa família em diferentes níveis hierárquicos. Desse modo, o presente trabalho avaliou as polarizações quimioevolutivas em Solanaceae, por meio da análise do padrão de ocorrência dos seus marcadores no emprego da abordagem metodológica da quimiossistemática micromolecular. Para isso, um banco de dados foi elaborado a partir de um amplo levantamento de ocorrências de micromoléculas, de modo especial alcaloides derivados da ornitina e vitanolídeos, em espécies de Solanaceae. Em relação à caracterização quimiotaxonômica das subfamílias de Solanaceae com base na ocorrência de alcaloides derivados da ornitina observou-se que o maior número de ocorrências foi registrado para os alcaloides tropânicos (NO = 927), seguido pelos nicotinóides (NO = 353), pirrolidinas simples (NO = 133), e, finalmente, calisteginas (NO = 100). O maior número de ocorrências dessas substâncias foi registrado em Solanoideae e Nicotianoideae, que juntas somaram 95% das ocorrências dos quatro grupos de alcaloides estudados. Em Petunioideae foi observada a presença de alcaloides tropânicos, pirrolidinas simples e calisteginas, em Schizanthoideae foram registradas ocorrências de pirrolidinas simples e alcaloides tropânicos e, em Cestroideae, somente a ocorrência de nicotinóides foi observada. A análise de similaridade baseada nos alcaloides derivados da ornitina sugere que o perfil químico das subfamílias está, de modo geral, correlacionado com a atual classificação de Solanaceae. O dendrograma de similaridade evidenciou a proximidade de Solanoideae e Nicotianoideae e dessas com Petunioideae. Schizanthoideae mostrou-se pouco similar às subfamílias citadas acima, e Cestroideae, mostrou-se dissimilar às demais. A análise realizada com o conjunto de informações de alcaloides tropânicos e calisteginas, separadamente, evidenciou que as calisteginas foram mais relevantes do que os alcaloides tropânicos para a caracterização de grupos distintos de gêneros de Solanaceae. Isto corrobora a tendência de uma dicotomia química observada pela análise qualitativa do banco de dados e, de certa forma, confirma a correlação entre a distribuição geográfica e ocorrência de metabólitos secundários, uma vez que a presença exclusiva de calisteginas foi relatada apenas em gêneros que têm a América do Sul como centro de diversidade. E, finalmente, a análise do banco de dados com a ocorrência de vitanolídeos na subfamília Solanoideae, elaborado para caracterizar o perfil químico e verificar a semelhança química entre suas tribos/gêneros, revelou a importância deste grupo de substâncias como marcadores quiomiotaxonômicos, especialmente, para Physaleae, Deprea e Jaborosa ratificando a importância da quimiotaxonomia como uma ferramenta para elucidar problemas taxonômicos, por exemplo, as relações incertas de alguns gêneros que ainda não estão incluídos em tribos na subfamília.

The current state of knowledge on the taxonomy and phytochemistry of the Solanaceae makes this important family of eudicots an excellent model for chemotaxonomic studies, which are a valuable tool for advancing our understanding of biological diversity and can help elucidate uncertainties as to the taxonomic arrangement of this family at several hierarchical levels. Within this context, the present study assessed the evolutionary polarities of secondary metabolites in the Solanaceae by means of an analysis of the pattern of occurrence of smallmolecule chemotaxonomic markers. Toward this end, a database was compiled with the results of a wide-ranging survey of small-molecule occurrences in Solanaceae species, with particular emphasis on ornithine-derived alkaloids and withanolides. Regarding ornithine derivatives, the tropane alkaloids accounted for the greatest frequency of occurrence (NO = 927), followed by nicotinoids (NO = 353), simple pyrrolidines (NO = 133) and, finally, calystegines (NO = 100). The greatest frequency of occurrence of these substances was recorded in the Solanoideae and Nicotianoideae, which together accounted for 95% of all occurrences of these four alkaloid classes. The Petunioideae were characterized by the presence of tropane alkaloids, simple pyrrolidines, and calystegines, and the Schizanthoideae, by simple pyrrolidines and tropane alkaloids, whereas the Cestroideae were found to contain nicotinoids exclusively. Analysis of similarity on the basis of ornithine-derived alkaloid occurrence suggests that the chemical profile of these subfamilies largely correlates with the current classification of the Solanaceae. A similarity dendrogram revealed close relationships between the Solanoideae and the Nicotianoideae, and between these subfamilies and the Petunioideae. The Schizanthoideae had only minor similarity to the aforementioned subfamilies, and the Cestroideae were dissimilar to all others. Separate analysis of data on the occurrence of tropane alkaloids and of calystegines showed that the latter were more relevant than the tropane alkaloids as chemotaxonomic markers for characterization of distinct clusters of Solanaceae genera. This corroborates the trend toward a chemical dichotomy as shown by qualitative analysis of the database, and somewhat confirms the correlation between geographic range and occurrence of secondary metabolites, as the exclusive presence of calystegines was reported solely in genera that have South America as their center of diversity. Finally, analysis of the database of withanolide occurrences in the Solanoideae subfamily, compiled to characterize the chemical profile and ascertain the chemical similarity of the tribes/genera of this subfamily, revealed the importance of this class of substances as chemotaxonomic markers, especially in the Physaleae and the genera Deprea and Jaborosa, corroborating the relevance of chemotaxonomy as a means of elucidating taxonomic issues, such as the uncertain relationships of genera that are not yet included in tribes of this subfamily.