2025年10月23日，中國工程院院刊 Engineering 在線發(fā)表了上海辰山植物園楊俊/王紅霞團隊聯合美國肯塔基大學袁凌教授團隊題為Sustained Growth and Terpenoid Indole Alkaloid Biosynthesis in the Medicinal PlantCatharanthus roseusunder Simulated Microgravity 的研究文章。

該文章初步探明了集觀賞和藥用價值于一身的長春花在微重力效應模擬設備：三維回轉儀(3D clinostat)上的生長特性，同時檢測了其多種藥用成分的含量變化。

長春花(Catharanthus roseus (L.) G. Don)是夾竹桃科長春花屬植物，其合成的長春堿、長春新堿(商品名：安可平)是治療白血病、淋巴瘤等惡性腫瘤的一線藥物。同時長春花以其花型優(yōu)美和花色多樣，大量運用于城市綠化和家庭園藝場景。研究顯示：在模擬微重力效應的三維回轉儀上，長春花組培苗下胚軸變短，但總生物量顯著增加;長春花盆載苗可正常開花(圖1)。

圖1 三維回轉儀上長春花的表型變化與統(tǒng)計分析

轉錄組學分析發(fā)現：三維回轉儀上培養(yǎng)的長春花，通過調節(jié)生長素運輸、氧化應激響應等信號通路引發(fā)表達譜重編程;代謝組學研究發(fā)現：萜類吲哚生物堿(TIAs)合成基本不受影響：幼葉中長春質堿、文多靈、長春新堿和脫水長春堿含量穩(wěn)定，成熟葉中僅長春新堿和脫水長春堿輕微減少，核心合成基因表達基本未變(圖2)。該研究以代謝高度特化的藥用植物長春花為對象，探究其在模擬微重力環(huán)境下的生理與分子響應，并驗證以下三個核心假設：①長春花在模擬微重力條件下能夠完成開花過程，并預計可完成整個生命周期;②模擬微重力環(huán)境作為一種非生物脅迫因子，會干擾植物正常發(fā)育并誘導轉錄組層面的重編程;③盡管受到上述環(huán)境壓力，長春花仍能維持具有治療價值的萜類吲哚生物堿(TIAs)的合成與積累。研究綜合運用表型分析、轉錄組學研究(并整合已發(fā)表的單細胞數據)、基因表達網絡分析以及靶向與非靶向代謝組學技術，對上述假設進行了系統(tǒng)驗證。

圖2 長春花葉片中藥用成分的含量變化(a)，萜類生物堿PCA(b)、計數(c)和Top50差異表達基因相關性熱圖(d)。

值得一提的是，該研究通過三維回轉儀模擬微重力效應，深化了我們對植物適應空間微重力環(huán)境的理解，為人類在更遠深空建立自給自足的物質閉環(huán)系統(tǒng)提供了基礎參考數據。是繼團隊在 Plant Communications 系統(tǒng)綜述變重力實驗平臺和未來太空農業(yè)發(fā)展方向以來的初步研究成果，為后續(xù)擴展至更多備選物種的相關研究奠定基礎。

上海辰山植物園王紅霞副研究員、肯塔基大學袁凌教授和上海辰山植物園楊俊研究員為論文共同通訊作者。肯塔基大學呂瑞清研究員和上海辰山植物園碩士研究生孟穎惠為論文共同第一作者。國際竹藤中心江澤慧教授、張聞博副研究員、鄧雅云工程師和上海辰山植物園科研助理聶好真博士、碩士研究生沈鐵晨為論文的共同作者。該研究先后受到上海市科學技術委員會、國家重點研發(fā)計劃和上海市綠化和市容管理局等機構的資金支持。