《Natural Product Research》：Callus culture of two Gomphrena celosioides Mart. Varieties as a sustainable platform for enhanced gomphrenol production and bioactivity
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Gomphrena celosioides Mart.（苋科Amaranthaceae）是一种具有文献记载药理活性的药用植物；然而，可持续的代谢产物生产策略仍然有限。本研究首次对紫色花变种（PFV）和白色花变种（WFV）的野生植株与愈伤组织衍生提取物进行了整合
Gomphrena celosioides Mart.（苋科Amaranthaceae）是一种具有文献记载药理活性的药用植物；然而，可持续的代谢产物生产策略仍然有限。本研究首次对紫色花变种（PFV）和白色花变种（WFV）的野生植株与愈伤组织衍生提取物进行了整合比较，包括植物化学和生物学评估。两个变种均成功诱导了愈伤组织发生（callogenesis），其中PFV表现出更高的诱导频率（AMT11中为41.67%，AMT43中为19.44%）。植物化学分析显示，与WFV相比，PFV中gomphrenol的相对丰度高出45%，而愈伤组织培养物中gomphrenol的相对丰度增加高达49%。本研究首次在G. celosioides中报道了四种化合物：3-O-α-L-rhamnosyl-(1→6)-β-D-galactopyranoside、spinasterol、stigmast-7-en-3β-ol和苹果酸（malic acid）。值得注意的是，提取物将IMQ诱导的角质形成细胞增殖恢复至基线水平，其功效与地塞米松（dexamethasone）相当。细胞毒性普遍较低；然而，来自WFV愈伤组织的己烷提取物显示出较高的毒性。这些发现强调愈伤组织发生（callogenesis）是一种有前景且可持续的生物技术策略，用于代谢产物增强和生物活性调控。
**论文解读：通过愈伤组织培养调控Gomphrena celosioides变种代谢产物与生物活性的可持续策略**
**研究背景与问题**
多数市售药物疗效有限，且合成生产过程带来环境负担，促使研究人员寻求可持续的生物活性分子来源。植物作为天然产物宝库，但野生植株的代谢产物产量和组成易受基因型、环境因素（土壤、气候）和微生物互作影响，导致批次间变异大，难以实现标准化生产。体外植物培养技术（如愈伤组织发生）为克服这些限制提供了可能，通过可控条件定向生产高价值次生代谢产物。Gomphrena celosioides Mart.（苋科Amaranthaceae）是一种传统药用植物，具有胃肠、呼吸、皮肤等疾病的治疗作用，其化学成分包括gomphrenol、槲皮素、甾醇等，但尚无研究系统比较不同花变种及愈伤组织培养与野生植株之间的代谢和活性差异。本研究旨在建立并评估愈伤组织培养作为可持续平台，用于增强G. celosioides紫色花变种（PFV）和白色花变种（WFV）的gomphrenol产量及生物活性。
**研究结论与意义**
研究人员成功建立了两个变种的愈伤组织培养体系，发现基因型显著影响愈伤诱导效率（PFV优于WFV）。植物化学分析表明，愈伤组织培养可大幅提高gomphrenol的相对丰度（最高达49%），并且不同激素处理（AMT11与AMT43）对代谢产物分布有特异性调控作用。生物学评估显示，愈伤组织衍生提取物表现出选择性抗菌活性（抗Kocuria rhizophila、白色念珠菌等）、低至中等细胞毒性以及显著的抗银屑病效果，其抑制角质形成细胞过度增殖的能力与地塞米松相当。这些发现证明了愈伤组织发生作为一种可持续、可调控的生物技术策略，能够有效改善代谢产物谱并调制生物活性，为G. celosioides的标准化生产及药物开发奠定了重要基础。该论文发表在《Natural Product Research》。
**主要技术方法（≤250字）**
植物材料：两个变种（PFV和WFV）的叶片外植体，采集自巴西坎皮纳斯州立大学（UNICAMP）校园（2005年和2022年）。愈伤组织诱导：采用两种植物生长调节剂组合——AMT11（NAA+BAP）和AMT43（2,4-D+KIN），在MS培养基中培养。提取：分别用乙醇和己烷对野生植株和愈伤组织进行提取。化学分析：使用UHPLC-UV/DAD-ESI/MS鉴定酚类、生物碱、有机酸等，甾醇类通过气相色谱（GC）与标准品比对。体外生物学活性：抗氧化活性（ORAC-FL法）、抗菌活性（纸片扩散法或微量稀释法）、细胞毒性（MTT法，针对3T3、HaCaT、PC-3、SK-MEL-103细胞系）、抗银屑病模型（IMQ诱导的HaCaT角质形成细胞过度增殖模型）。计算预测：使用PASS在线软件预测化合物的抗菌、抗癌和抗炎活性。统计学分析：双因素/四因素ANOVA及Tukey事后检验。
**研究结果**
**2.1 体外培养的建立——直接器官发生和愈伤组织发生**
通过比较不同激素组合，发现只有PFV变种在T4B和T5B处理下实现了低频率（6.66%）的芽再生，但无法继代培养；WFV无芽再生。愈伤组织诱导在两个变种中均成功，PFV在AMT11中诱导率最高（41.67%），显著高于WFV（11.11%）。虽然AMT43初始诱导率较低，但后续生长和生物量积累更快。表明基因型是调控体外形态发生的关键因素。
**2.2 生物活性预测**
对28种已知化合物进行PASS计算，预测所有化合物至少对一种抗菌靶点具有高概率活性（Pa≥0.5），主要机制涉及膜通透性抑制和NF-κB刺激；27种化合物（除β-蜕皮激素外）具有抗癌活性，涉及TP53增强和半胱天冬酶刺激；所有化合物均预测有抗炎活性，以TNF和RELA表达抑制为优势机制。这些预测为后续体外实验提供了理论依据。
**2.3 植物化学特征**
UHPLC-ESI/MS分析显示，所有样品均含有gomphrenol和槲皮素。愈伤组织培养物中gomphrenol相对丰度显著高于野生植株，AMT43处理的PFV（2022年）愈伤组织中最高。首次在G. celosioides中鉴定出3-O-α-L-rhamnosyl-(1→6)-β-D-galactopyranoside、spinasterol、stigmast-7-en-3β-ol和苹果酸。主成分分析（PCA）和层次聚类分析表明，化学谱受基因型、采集年份、生物基质（野生 vs 愈伤组织）和培养基共同影响；例如，PFV中gomphrenol丰度比WFV高0.45倍。
**2.4 生物学活性**
**2.4.1 抗氧化活性（ORAC-FL）**：所有提取物的抗氧化活性均中等（70–695 μmol TE/g），未达到显著抗氧化阈值（>800 μmol TE/g）。双因素ANOVA显示变种和提取物类型对活性有极显著影响，WFV-2（2022）和PFV（2022）活性最高。
**2.4.2 抗菌活性**：野生植株提取物在250 μg/mL下无抗菌活性，而愈伤组织衍生提取物表现出选择性活性。己烷提取物（尤其AMT11-WFV和AMT43-WFV）对K. rhizophila、C. parapsilosis和C. tropicalis有效，乙醇提取物对C. tropicalis有中等活性。这是首次报道G. celosioides愈伤组织提取物的抗菌作用。
**2.4.3 细胞活力**：PFV（2005）和WFV-2（2022）提取物在250 μg/mL下对非癌细胞和癌细胞活力维持>80%，毒性低。但AMT11-WFV和AMT43-WFV的己烷提取物使3T3和PC-3细胞活力降至<10%，IC50为118–163 μg/mL，显示中等细胞毒性，但选择性差，可能与甾醇和萜类富集有关。
**2.4.4 IMQ诱导的银屑病模型中的抗增殖活性**：在IMQ诱导的HaCaT过度增殖模型中，多个提取物（如PFV、AMT11-PFV、AMT43-PFV的己烷/乙醇提取物）在72小时内将细胞活力恢复至接近基线（98–105%），效果与地塞米松相当。而单独IMQ使细胞活力升至155–182%。四因素ANOVA显示变种、浓度和时间为主要影响因素。
**2.5 整合讨论**
将植物化学、计算预测和体外数据整合，证实G. celosioides的代谢和活性谱由基因型、生长条件和溶剂极性共同塑造，统计算法支持了这些因素及其交互作用的显著效应。愈伤组织培养不仅增加了gomphrenol积累，还改变了其他代谢产物分布，并与抗氧化、抗菌和抗增殖活性的变化一致。表明愈伤组织发生是一种驱动定向代谢重编程的策略，未来可通过添加前体、诱导子或CRISPR/Cas9等代谢工程进一步优化。
**结论部分翻译**
本研究首次证明了G. celosioides用于建立体外培养系统的生物技术潜力，突出了基因型和生长条件的关键作用。通过器官发生实现植物体外再生仅在紫色花变种中成功，证实了遗传背景的影响，而两个变种均成功诱导了愈伤组织。关于愈伤组织发生，AMT11和AMT43被确定为生物量生产和代谢重编程的有效系统。比较植物化学分析显示，野生植株和愈伤组织衍生材料均含有生物碱、酚类化合物和有机酸，但其分布因生长系统而异，体现了代谢可塑性。值得注意的是，与野生植株相比，愈伤组织发生使gomphrenol积累增加了约1.5倍，支持其作为代谢强化策略的潜力。生物学评估表明，愈伤组织衍生提取物对Kocuria rhizophila ATCC 9341、Candida parapsilosis ATCC 22019和Candida tropicalis野外菌株表现出选择性抗菌活性，对非癌细胞系具有低至中等细胞毒性，并在减少角质形成细胞过度增殖方面表现出与地塞米松相当的显著抗银屑病效果。相比之下，野生植株提取物的生物活性有限，主要局限于体外银屑病模型中的抗增殖作用。总之，这些发现确立了愈伤组织培养作为G. celosioides中调控代谢途径和增强生物活性化合物生产的稳健且可持续的工具。未来研究应聚焦于代谢物的分离和结构表征，以及优化培养条件以进行大规模生产。此外，组学和代谢工程方法对于阐明生物合成途径和提高代谢物产量至关重要。同时，需要体内药理学评价和选择性研究，以支持该物种标准化生物活性产品的开发。
