D-鸟氨酸调控干旱胁迫下药用鼠尾草精油产量及单萜合酶基因表达的作用机制

本研究针对干旱胁迫严重影响植物生长和次生代谢产物积累的问题，伊朗塔比阿特莫达勒斯大学等机构研究人员通过外源施加D/L-鸟氨酸(Ornithine)异构体，系统研究了其对干旱胁迫下药用鼠尾草(Salvia officinalis)生长特性、精油(EO)成分及单萜合酶基因表达的调控作用。研究发现D-鸟氨酸能显著提高植株生物量20%、精油产量75%，上调单萜合酶基因(BS/SS/CS)表达，促进α-侧柏酮(41.65%)、樟脑(25.17%)等活性成分积累，为植物抗逆调控和药用植物栽培提供了新策略。

　　在全球气候变化加剧的背景下，干旱胁迫已成为制约药用植物生长和活性成分积累的关键因素。作为重要的药用植物，药用鼠尾草(Salvia officinalis)的精油中含有α-侧柏酮、樟脑等具有抗炎、抗菌活性的单萜类物质，其合成受单萜合酶基因家族(如bornyl diphosphate synthase/BS、sabinene synthase/SS、cineole synthase/CS)调控。然而，干旱如何影响这些基因表达及精油合成，以及能否通过外源物质缓解胁迫损伤，仍是亟待解决的科学问题。

伊朗塔比阿特莫达勒斯大学等机构的研究团队在《BMC Plant Biology》发表的研究，创新性地采用D/L-鸟氨酸异构体处理干旱胁迫下的药用鼠尾草，通过多组学方法揭示了多胺代谢途径调控植物抗逆的新机制。研究采用完全随机设计，设置正常供水和干旱胁迫(80% MAD)两组水分处理，分别施加1 mM D-鸟氨酸、L-鸟氨酸及其混合溶液。通过GC-MS分析精油成分，qRT-PCR检测单萜合酶基因表达，并结合生理指标测定和主成分分析(PCA)，系统评估了不同处理对植物生长和代谢的影响。

关键技术方法包括：1) 采用TDR(时域反射仪)精确控制土壤水分胁迫强度；2) 通过GC-MS鉴定22种精油成分；3) 使用特异性引物定量BS、SS、CS等单萜合酶基因表达；4) Folin-Ciocalteu法测定总酚和类黄酮含量；5) 基于PCA分析多变量相关性。

研究结果首先显示，干旱使植株总干重降低，但D-鸟氨酸处理使茎、叶生物量分别提高168.08%和178.57%，且混合处理效果优于单一L-鸟氨酸。在次生代谢方面，干旱显著提升精油含量，而D-鸟氨酸进一步使其增加20%，精油产量提升75%。GC-MS分析发现，D-鸟氨酸处理的干旱植株中，α-侧柏酮(41.65%)、樟脑(25.17%)、1,8-桉叶素(21.6%)等主要单萜含量最高，其中α-侧柏酮比对照提高453.57%。

基因表达分析揭示关键机制：D-鸟氨酸使BS和SS基因在干旱下的表达分别上调45.29%和113.63%，CS表达提高66.66%。这解释了精油中樟脑(BS产物)和α-侧柏酮(SS下游产物)的显著积累。此外，D-鸟氨酸还使总酚和类黄酮(270/300/330 nm)含量最高提升114.28%，增强了抗氧化防御系统。

PCA分析表明，PC1(58.9%方差)主要关联精油含量和单萜合酶基因，PC2(40.91%)则反映α-侧柏酮、樟脑等与抗氧化物质的协同变化。相关性分析证实，BS表达与樟脑含量呈显著正相关(r=0.82)。

该研究首次阐明D-鸟氨酸通过双重途径增强植物抗旱性：一方面通过上调BS/SS/CS基因促进保护性单萜合成，另一方面激活苯丙烷代谢提高抗氧化物质含量。相比昂贵的多胺类物质，D-鸟氨酸成本更低且效果显著，为干旱地区药用植物栽培提供了实用化解决方案。研究结果对理解植物逆境响应中氨基酸异构体的差异化功能具有重要理论价值，并为开发新型植物抗逆调节剂奠定了科学基础。