综合多组学分析揭示了在Momordica charantia人工种子老化过程中，激素调节、抗氧化防御和脂质信号传导之间的相互作用

《Plant Physiology and Biochemistry》：Integrated multi-omics analysis reveals an interplay of hormonal regulation, antioxidant defense, and lipid signaling during artificial seed aging in Momordica charantia

苦瓜种子在高温高湿下发芽率显著下降，本研究通过整合蛋白质组学、代谢组学和激素分析，揭示了抗氧化防御失效和脱落酸（ABA）主导的激素失衡加速种子老化的分子机制，建立了关联氧化应激、脂质信号及激素紊乱的生物标志物，为热带作物种子保存提供新策略。

　　在热带地区，苦瓜（*Momordica charantia* L.）作为一种营养和药用价值较高的作物，其种子的发芽能力在高温和高湿度环境下会迅速下降。本研究旨在通过整合蛋白质组学、代谢组学和激素分析的方法，揭示人工种子老化过程中的分子机制。研究发现，在高温和水分胁迫条件下，种子的发芽率在18天后下降了近50%。蛋白质组学分析鉴定了42种差异表达的蛋白质，其中包括在胁迫后第9天出现的超氧化物歧化酶（SOD）短暂增加，而在第18天则表现出过氧化物酶（POD）和过氧化还原蛋白显著减少，表明氧化损伤的逐步加剧。代谢组学分析注释了334种代谢物，揭示了脂氧合酶途径的显著重塑，表现为非亚甲基、亚油酸和α-亚麻酸等与脂质过氧化相关的代谢物水平升高。定量激素分析显示，在胁迫后第9天，赤霉素（GA?）水平提高了1.1倍，而在第18天，脱落酸（ABA）水平提高了1.3倍，反映出从促进发芽向诱导休眠的转变。这些数据表明，抗氧化防御能力的失效和ABA主导的转变加速了种子的劣化。本研究建立了连接氧化应激、脂质信号和激素失衡的生化标志物，为改善热带作物种子的储存和发芽管理提供了分子层面的见解。

苦瓜不仅是一种富含膳食纤维的可食用蔬菜，还因其高营养价值和多种抗氧化成分而在食品配方中备受关注。其种子在适宜的条件下能够快速而均匀地发芽，但在温度和湿度波动时，关键的生化途径可能会受到干扰。这些变化会影响呼吸作用、苯丙烷代谢、脂肪酸转化以及赤霉素信号等过程。即便是种子成熟和干燥过程中温度的轻微变化，也可能显著影响后续的发芽能力，通过改变细胞膜的渗透性和膜结合酶的活性来实现。水分胁迫则发生在蒸腾作用超过水分吸收时，影响细胞内环境稳定性和酶的功能。因此，种子在不利的水分或高温环境下，其发芽效率会降低，并且老化过程会加快。

植物激素在种子休眠与发芽过程中发挥着核心作用。脱落酸（ABA）能够诱导休眠并抑制胚胎的生长，而赤霉素（GA?）则通过促进胚胎伸长和降低周围种皮的机械阻力来推动发芽。因此，ABA与GA?之间的平衡决定了种子是保持休眠状态还是启动发芽过程。任何干扰这种激素平衡的环境压力，都会对种子的发芽能力造成影响，并进一步改变其生存能力。

活性氧（ROS）是来源于正常细胞代谢或外部压力因素如病原体、高温和干旱的产物。在适当水平下，ROS可以作为信号分子，调节氧化还原平衡、细胞生长、光合作用和防御反应。然而，过量的ROS则会对蛋白质、核酸和脂质造成损伤。在受到压力时，种子中ROS如超氧自由基（O??）、羟基自由基（OH?）、单线态氧（1O?）和过氧化氢（H?O?）的积累会增加。抗氧化酶如过氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽转移酶（GST）和过氧化氢酶（CAT）则发挥着中和这些自由基的作用。当ROS积累超过抗氧化能力时，细胞会激活热休克蛋白（HSPs）以维持细胞内环境稳定。HSP家族如HSP70、HSP90、通用应激蛋白、脱水蛋白、伴侣蛋白和DnaJ结构域蛋白是主要的应激响应成分，它们在蛋白质折叠和保护细胞免受氧化损伤方面起着关键作用。

先前的研究表明，蛋白质组学方法可以有效地揭示种子发芽和老化过程中的生化事件。然而，苦瓜作为一种非模式植物，其基因组和蛋白质组资源相对有限。因此，其种子在热带条件下发芽能力下降的分子机制尚未得到充分研究。本研究采用了一种多组学策略，结合蛋白质组学、代谢组学和激素分析，以阐明人工种子老化过程中生化网络的响应机制。整合分析结果显示，长期的环境压力会削弱种子的生理功能，导致细胞膜结构受损，酶活性下降，并引发氧化应激。这些变化不仅影响种子的正常生理过程，还可能阻碍胚胎的发育和生长。

本研究的结果为热带作物种子的保存和发芽管理提供了重要的科学依据。通过分析抗氧化酶的响应、脂质代谢的重塑以及激素调控的变化，研究团队发现了可能预测种子发芽能力下降的分子标志物。这一研究方法为非模式植物提供了新的研究框架，有助于深入了解种子老化过程中的复杂机制，并为提高种子的耐久性和发芽效率提供可行的解决方案。此外，本研究还强调了在种子保存过程中，环境因素对种子质量的影响，特别是在高温和高湿度条件下，如何通过调控生化过程来延缓种子老化。

研究团队在本项目中贡献了各自的专业知识和技能。Yodying Yingchutrakul在撰写、审阅和编辑论文、监督研究、方法设计、实验实施和概念提出方面发挥了重要作用。Jakkaphan Kumsab负责软件开发、方法设计、实验实施和数据整理。Nattapon Simanon则参与了方法设计、实验实施、数据分析和数据整理。Sithichoke Tangphatsornruang在撰写、审阅和编辑论文、监督研究、项目管理以及资金获取方面提供了支持。Chutikarn Butkinaree在撰写、审阅和编辑论文、资源获取和项目管理方面也做出了贡献。所有作者均同意发表本文，并声明不存在与本研究相关的利益冲突。研究资金由国家科技发展局提供，为本研究的顺利进行提供了保障。

通过本研究，我们不仅获得了关于苦瓜种子老化机制的深入理解，还为未来研究提供了新的方向。这些分子层面的发现可以为种子保存技术的改进提供理论支持，特别是在热带环境下，如何通过调控抗氧化系统、脂质代谢和激素平衡来延长种子的保存期限和发芽能力。此外，研究结果还可能为其他非模式植物的种子保存研究提供借鉴，推动植物科学在种子质量管理和保存技术方面的进步。未来的研究可以进一步探索这些分子标志物在不同作物中的适用性，并开发基于这些标志物的种子保存策略，以提高种子的稳定性和使用价值。