缺氮向日葵中咖啡酰奎宁酸形成的动力学研究——作为生长与防御权衡框架的验证

《Journal of Experimental Botany》：Kinetics of caffeoylquinic acid formation in N deficient sunflower as a test of the growth-defense tradeoff framework

氮限制下向日葵碳分配与防御代谢的权衡机制研究。通过比较不同氮胁迫时间点的碳同化与次生代谢物产量，发现氮缺乏显著增加叶片和根系中咖啡酰奎宁酸衍生物积累，但仅占同化碳的5%以下；木质素合成未受抑制，过剩碳主要分配至根系发育；羟基肉桂酰转移酶3基因表达上调，提示次生代谢主动调控。挑战传统质量作用理论，提出碳氮平衡受复杂进化调控和精细生化网络协调。

　　

摘要

关于植物将碳资源分配给生长或防御的机制方面，已有大量研究。本研究通过比较缺氮条件下向日葵在不同时间尺度上的碳同化速率和次生代谢产物生成速率，来检验生长-防御权衡框架。研究发现，在缺氮条件下，叶片和根部组织中咖啡酰奎宁酸衍生物的积累量增加，但这仅占同化碳的一小部分。此外，在缺氮情况下，木质素的生成并未增加。未被用于叶片扩展的“多余”碳主要被分配到根部用于营养生长过程。最后，咖啡酰奎宁酸生物合成的调控机制体现在羟基肉桂酰辅酶A：奎宁酸羟基肉桂酰转移酶3的表达上调。尽管植物体内的氮浓度下降较晚，但仍无法确定生理碳氮平衡的变化在多大程度上影响了咖啡酰奎宁酸的生成。总体而言，传统生长-防御权衡框架所提出的基于质量作用机制的次生代谢产物积累观点并未得到充分证实。可以推测，资源可用性与防御投入之间的关联受到复杂进化过程的影响，并通过严格调控的生化网络进行协调，尽管这种关联也可能由细胞层面的碳/营养失衡引发。