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为探究植物应对环境胁迫机制，研究人员研究转录因子（TFs）对植物次生代谢物（SMs）的调控，发现其关键作用，意义重大。
在大自然的舞台上，植物如同坚强的舞者，虽扎根于一处，却要不断应对各种环境挑战。极端温度、干旱、盐碱、病虫害等威胁，时刻考验着它们的生存能力。这些环境胁迫不仅影响植物的生长、发育和产量，还威胁着全球粮食安全和生态系统稳定。为了在恶劣环境中生存，植物进化出了一套复杂而精妙的防御机制，其中次生代谢物（Secondary Metabolites，SMs）扮演着至关重要的角色。然而，植物如何精准调控 SMs 的合成和积累，一直是科学界关注的焦点。
为了揭开这个谜团，来自摩洛哥国家农业研究所绿洲系统研究单位、穆罕默德五世大学植物与微生物生物技术中心等机构的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Stress Biology》杂志上，为我们理解植物的防御机制提供了新的视角。
研究人员采用了多种技术方法来开展这项研究。在研究过程中，他们通过对大量文献的综合分析，梳理了不同环境胁迫下植物 SMs 的变化情况。同时，运用分子生物学技术，研究转录因子（Transcription Factors，TFs）与 SMs 合成相关基因之间的调控关系，明确了多种 TFs 在 SMs 合成中的作用机制。
研究结果表明：
- 环境胁迫对植物 SMs 的影响：不同的环境胁迫会导致植物 SMs 发生显著变化。在干旱胁迫下，罗勒（Ocimum basilicum）会增加黄酮类化合物如甲基胡椒酚和甲基丁香酚的合成，这些化合物能抵御干旱诱导的氧化应激；丹参（Salvia miltiorrhiza）会提高萜类化合物的产量，增强自身防御能力。盐胁迫时，植物会通过合成酚类、黄酮类和生物碱等 SMs 来减轻盐害，如薄荷（Mentha spicata）在盐胁迫下会增加香芹酮的产生，增强对盐胁迫的耐受性。冷胁迫和热胁迫也会促使植物调整 SMs 的合成，例如，低温时植物会积累黄酮类和萜类化合物，增强抗冻能力；高温时则会增加苯丙素类化合物的合成，抵御氧化损伤。此外，重金属胁迫和 UV-B 辐射同样会影响植物 SMs 的合成，有些植物在重金属胁迫下会增加酚类化合物的合成，用于解毒和抗氧化；而 UV-B 辐射会诱导植物合成更多的黄酮类、酚类和生物碱等，以保护自身免受辐射伤害。
- TFs 对植物 SMs 的调控作用：研究发现，多种 TFs 在植物 SMs 的合成中发挥着关键调控作用。WRKY 家族的 TFs 广泛参与植物的生长、发育和应激反应，如在马铃薯（Solanum tuberosum）中，StWRKY8 通过上调 TyDC、NCS 和 COR2 基因的表达，促进苄基异喹啉生物碱的合成，增强对晚疫病的抗性；在葡萄（Vitis vinifera）中，VvWRKY24 和 VvWRKY3 调节芪合酶（STS）途径，影响白藜芦醇的合成，增强对灰霉病的抵抗力。NAC 家族的 TFs 在植物应对逆境时也起着重要作用，如在枳壳（Poncirus trifoliata）中，PtrNAC72 调控腐胺的生物合成，参与干旱胁迫响应；在苹果（Malus domestica）中，MdNAC52 调节花青素和原花青素的生物合成，增强对病原菌的抗性。bZIP 家族的 TFs 参与调控花青素等 SMs 的合成，如在拟南芥（Arabidopsis thaliana）、苹果和番茄（Solanum lycopersicum）中，HY5 基因正调控花青素的积累。MYB 家族的 TFs 在调节黄酮类等化合物的合成中发挥重要作用，例如在茶树（Camellia sinensis）中，CsMYB2 和 CsMYB26 直接结合到 CsF3’H 和 CsLAR 基因的启动子上，调控黄酮类化合物的合成；在拟南芥中，AtMYB12 调控黄酮醇的合成，增强对害虫和干旱的耐受性。bHLH 家族的 TFs 参与多种 SMs 的合成调控，如在拟南芥中，ILR3/bHLH104 等基因通过调节硫代葡萄糖苷的合成，参与对根结线虫的防御反应；在苹果中，MdMYC2 过表达增强了对病原菌的抗性以及对干旱和盐胁迫的耐受性。AP2/ERF 家族的 TFs 对植物的应激反应至关重要，如在棉花（Gossypium barbadense）中，GbERF1 过表达增强了木质素的合成，提高对黄萎病的抗性；在拟南芥中，ORA59 调节羟基肉桂酸酰胺（HCAA）的生物合成，增强对真菌病原体的抗性。
研究结论和讨论部分指出，植物在应对生物和非生物胁迫时，复杂的信号通路起着关键作用。SMs 作为植物的天然防御工具，在这些信号过程中扮演着重要角色，它们不仅是关键的信号分子，还参与植物的防御机制和对不利环境的适应过程。该研究全面阐述了 SMs 在调节植物对环境胁迫响应中的作用，通过对 TFs 和相关基因的研究，揭示了植物适应环境的分子机制。这一成果为进一步研究植物的应激反应提供了重要基础，有助于科学家们开发出更具抗逆性的植物品种，对于保障全球粮食安全和生态系统稳定具有重要意义。未来的研究可以进一步利用代谢组学和先进技术，探索更多参与植物应激反应的关键代谢物和转录因子，深入研究它们在植物应对复杂环境胁迫中的作用机制，为农业生产和生态保护提供更有力的支持。
