编辑推荐：
为探究植物高海拔适应的代谢机制，研究人员以青藏高原同域分布的 Urtica hyperborea 和 U. dioica 为对象，通过非靶向代谢组学分析发现，两物种代谢差异主要集中在碳水化合物和苯丙烷类，同物种不同海拔代谢物富集于碳代谢和脂质代谢通路，为理解植物极端环境适应提供新视角。
在地球 “第三极” 青藏高原，强紫外线、低温、低氧等极端环境对植物生存构成严峻挑战。尽管已有研究从基因组和生态学角度揭示植物适应策略，但代谢层面的机制解析仍显匮乏，尤其是近缘物种在相似环境压力下的代谢异同研究近乎空白。Urtica hyperborea（高原荨麻）与 U. dioica（异株荨麻）作为同域分布于海拔 4000 米以上的姐妹种，为破解这一科学问题提供了理想模型。中国科学院昆明植物研究所等机构的研究人员开展了一项具有重要科学价值的研究，相关成果发表在《BMC Plant Biology》。
研究团队采用非靶向代谢组学（non-targeted metabolomics）技术，对采自青藏高原 3 个同域位点（海拔 4465 米至 5007 米）的两种荨麻叶片进行代谢谱分析，旨在揭示种间代谢差异及种内随海拔的代谢变化规律。
研究首先通过超高效液相色谱 - 质谱联用（UHPLC-MS/MS）等技术，在两物种中检测到 2906 种注释代谢物，涵盖脂质、苯丙烷类、萜类等 13 个大类。基于正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA），发现不同位点的两物种均呈现显著代谢表型差异。在种间比较中，位点 1（4697 米）和位点 3（4465 米）的差异代谢物（DMs）主要富集于类黄酮（flavonoid）、黄酮醇（flavonol）和苯丙烷类（phenylpropanoid）生物合成通路，而最高海拔的位点 2（5007 米）则以碳代谢通路为主，包括半乳糖代谢、糖酵解 / 糖异生等。种内不同海拔比较显示，两物种共有的富集通路包括果糖和甘露糖代谢、α- 亚麻酸代谢及甘油磷脂代谢，其中 U. hyperborea 特有的通路涉及淀粉和蔗糖代谢、苯丙烷类生物合成，U. dioica 则富集泛酸和辅酶 A 生物合成、谷胱甘肽代谢等通路。
进一步的聚类分析表明，U. hyperborea 中随海拔升高而增加的代谢物主要为苯丙烷类和碳水化合物，而 U. dioica 中甘油磷脂等脂质成分与海拔呈正相关。KEGG 通路富集分析显示，种间差异与抗氧化防御（如类黄酮清除活性氧）和能量代谢（如碳代谢调节渗透压）密切相关，种内变化则体现了对低温和膜流动性的适应性调节。
该研究首次从代谢组学角度系统比较了近缘同域物种的高海拔适应策略，证实了 sympatric species（同域物种）采用不同代谢路径应对环境压力，且同物种在不同海拔的适应策略总体一致但存在细微差异。研究结果不仅为理解植物应对极端环境的代谢多样性提供了新证据，也为高山植物资源保护和抗逆作物育种提供了潜在靶点，例如苯丙烷类合成通路或可用于增强作物的紫外抗性，而碳代谢相关基因或可提升作物在高海拔地区的能量利用效率。研究中建立的代谢组学分析框架，亦为后续开展跨物种适应机制比较研究提供了方法学参考。
