水涝胁迫与过氧化氢诱导对两种荆芥属植物叶片中环烯醚萜和酚类物质生产的代谢组与转录组响应机制

本研究针对荆芥属植物(Nepeta)在环境胁迫下生物活性成分合成调控的难题，通过水涝(W)和过氧化氢(H2O2)联合处理，揭示了N. nuda中环烯醚萜苷(IGs)和N. grandiflora中酚类物质的应激合成机制。研究发现NEPS基因家族调控的氧化还原通路是提升萜类产量的关键靶点，为药用植物抗逆栽培和活性成分规模化生产提供了新策略。

　　

在气候变化加剧的背景下，植物面临日益频繁的水涝胁迫，这直接影响药用植物活性成分的合成。荆芥属植物作为传统药用资源，其特有的环烯醚萜类(iridoids)和酚类化合物具有重要药理价值，但环境胁迫对其代谢网络的影响机制尚不明确。特别是两种化学型迥异的荆芥——富含荆芥内酯(nepetalactone, NL)的N. nuda与缺乏NL但积累环烯醚萜苷(iridoid glycosides, IGs)的N. grandiflora，它们应对氧化应激的代谢重编程规律亟待解析。

为破解这一科学问题，塞尔维亚贝尔格莱德大学Danijela Mi?i?团队在《Industrial Crops and Products》发表研究，创新性地采用水涝(W)和叶面喷施H₂O₂的复合胁迫策略。研究通过GC/MS和UHPLC-Orbitrap MS进行代谢组分析，结合X波段电子顺磁共振(EPR)检测氧化还原能力，同步开展转录组测序与qPCR验证。实验材料采用克隆繁殖的2月龄植株，确保遗传背景一致。

VOCs profiles揭示物种特异性响应

GC/MS鉴定出29种挥发性有机物，N. nuda中cis,trans-NL经胁迫处理增加12倍，并新出现trans,cis-NL异构体；而N. grandiflora则保持IGs主导模式，1,5,9-epi-脱氧马钱酸(1,5,9-eDLA)含量提升1.5倍。

iridoid pathway的基因调控枢纽

N. nuda中NAD依赖性荆芥内酯醇相关短链脱氢酶(NEPS1/2)表达显著上调，与NL积累呈正相关。值得注意的是，NEPS3在N. grandiflora中特异性高表达，可能驱动cis,cis-构型IGs合成。

phenolic biosynthesis与抗氧化关联

虽然RA合成相关基因(RAS/CYP)表达下调，但N. nuda叶片中rosmarinic acid(RA)含量仍显著增加，其EPR检测的3CP自由基清除率远超N. grandiflora，提示存在非酶促抗氧化机制。

讨论与意义

该研究首次阐明NEPS基因家族在荆芥属植物环境应答中的核心作用：NEPS1/2调控NL立体构型，而NEPS3可能参与IGs环化。发现短时H₂O₂处理(48h)是最佳诱导窗口，这对设计"应激激发-采收"时间轴具有实践指导价值。技术层面，建立的X-band 1D梯度EPRI方法为植物抗氧化能力评估提供了新工具。

这项工作的突破性在于：①揭示W和H₂O₂通过差异激活NEPS亚型实现化学型定向调控；②证实N. nuda的氧化应激耐受性与酚类积累正相关，为抗逆品种选育提供标记；③开发出可同步提升萜类和酚类产量的复合胁迫方案，为工业化生产高价值植物提取物开辟了新途径。研究结果对应对气候变化下的药用植物栽培具有重要参考价值。