Cell Suspension Establishment and Heat Shock Response of Golden Gardenia (Gardenia sootepensis Hutch.)

Abstract

Gardenia sootepensis Hutch., commonly known as golden gardenia, is a medicinal evergreen tree native to Southeast Asia, valued for its antimicrobial, anti-inflammatory, cytotoxic, and antioxidant properties. Despite its pharmacological potential, the cellular responses of G. sootepensis to abiotic stress, particularly heat stress, remain poorly understood. In this study, we successfully established protocols for callus induction and suspension culture using leaf explants. Murashige and Skoog (MS) medium supplemented with 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D; 0.5–2.0 mg/L) in combination with low concentrations of kinetin (Kn; 0.1 or 0.2 mg/L) was the most effective treatment, consistently achieving a 100% callus induction rate. At 0.5–1.0 mg/L 2,4-D, the resulting callus was uniformly friable and olive-green, whereas higher concentrations (2.0 mg/L) produced brown callus. Suspension culture optimization further revealed that 2,4-D concentrations within the 0.5–1.0 mg/L range, in conjunction with 0.1 mg/L Kn, significantly enhanced cell proliferation and biomass accumulation. Heat shock experiments demonstrated that G. sootepensis suspension cells could withstand heat shock at temperatures up to 55°C (corresponding to an extracellular medium temperature of 46.7 ± 0.10°C) for 5 minute without exhibiting overt structural degradation. While promising advances have been made in developing G. sootepensis suspension cultures and identifying optimal growth conditions, further refinement of experimental protocols and extended analyses are essential to ensure long-term culture stability, assess genetic fidelity, and improve stress response metrics. These efforts will enhance the utility of suspension cultures as a platform for conservation, propagation, and future physiological and biochemical studies of this valuable medicinal species.

Gardenia sootepensis Hutch. หรือ คำมอกหลวง เป็นไม้ยืนต้นไม่ผลัดใบที่มีถิ่นกำเนิดในภูมิภาคเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ โดยเป็นพืชสมุนไพรที่มีคุณสมบัติทางเภสัชวิทยาหลายประการ ได้แก่ ฤทธิ์ต้านจุลชีพ ต้านการอักเสบ ความเป็นพิษต่อเซลล์มะเร็ง และ ฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระ แม้ว่าจะมีรายงานการศึกษาทางเภสัชวิทยาเกี่ยวกับพืชชนิดนี้แล้วบางส่วน แต่การตอบสนองของ G. sootepensis ในระดับเซลล์ต่อปัจจัยความเครียดจากสิ่งไม่มีชีวิต โดยเฉพาะความเครียดจากความร้อน ยังคงเป็นประเด็นที่ยังไม่ได้รับการศึกษามากนัก ในการศึกษาครั้งนี้ เราได้พัฒนาโพรโทคอลสำหรับการชักนำแคลลัสและการเพาะเลี้ยงเซลล์แบบแขวนลอยจากใบของพืชชนิดนี้ได้สำเร็จ โดยใช้สูตรอาหาร Murashige and Skoog (MS) ที่เสริมด้วย 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D; 0.5–2.0 มก./ลิตร) ร่วมกับไซโตไคนินความเข้มข้นต่ำ (Kn; 0.1 หรือ 0.2 มก./ลิตร) ซึ่งเป็นสูตรที่มีประสิทธิภาพสูงที่สุด โดยมีอัตราการชักนำแคลลัส 100% อย่างสม่ำเสมอ ที่ความเข้มข้นของ 2,4-D ในช่วง 0.5–1.0 มก./ลิตรพบว่า แคลลัสที่เกิดขึ้นมีลักษณะร่วนและมีสีเขียวมะกอก ในขณะที่ความเข้มข้นที่สูงขึ้น (2.0 มก./ลิตร) ส่งผลให้แคลลัสที่ได้เป็นสีน้ำตาล สำหรับการเพาะเลี้ยงเซลล์แบบแขวนลอยพบว่า การใช้ 2,4-D ที่ความเข้ม 0.5–1.0 มก./ลิตร ร่วมกับ Kn ที่ความเข้มข้น 0.1 มก./ลิตร สามารถกระตุ้นการแบ่งตัวของเซลล์และการสะสมชีวมวลได้อย่างมีนัยสำคัญ การทดสอบด้วยความร้อนพบว่า เซลล์แขวนลอยของ G. sootepensis สามารถทนต่ออุณหภูมิได้สูงสุดที่ 55°C (เทียบเท่ากับอุณหภูมิของสารละลายภายนอกเซลล์ที่ 46.7 ± 0.10°C) ในระยะเวลา 5 นาที โดยไม่พบการเปลี่ยนแปลงทางโครงสร้างที่ชัดเจน แม้ว่าผลการศึกษานี้จะแสดงถึงความก้าวหน้าในการพัฒนาเทคนิคการเพาะเลี้ยงเซลล์แขวนลอยและการหาสภาพที่เหมาะสมสำหรับการเจริญเติบโตของเซลล์ แต่ยังคงมีความจำเป็นที่จะต้องปรับปรุงโพรโทคอลเพิ่มเติม รวมถึงการศึกษาระยะยาวเพื่อประเมินเสถียรภาพของเซลล์ ความถูกต้องของข้อมูลพันธุกรรม และประสิทธิภาพในการตอบสนองต่อความเครียด ความพยายามเหล่านี้จะช่วยยกระดับศักยภาพของการเพาะเลี้ยงเซลล์แขวนลอยให้เป็นเครื่องมือสำคัญในการอนุรักษ์ การขยายพันธุ์ และ การศึกษาทางสรีรวิทยาและชีวเคมีของพืชสมุนไพรที่มีคุณค่าอย่าง G. sootepensis ต่อไปในอนาคต