近日，我校生命科學(xué)學(xué)院、亞熱帶農(nóng)業(yè)生物資源保護與利用國家重點實驗室陶利珍/劉太波課題組，與華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝林學(xué)學(xué)院劉繼紅課題組合作在中科院一區(qū)期刊JIPB（影響因子9.3，植物科學(xué)TOP 2%）上發(fā)表題為“Polyamines: the valuable bio-stimulants and endogenous signaling molecules for plant development and stress response”的特約綜述論文。

　多胺（Polyamines, PAs）是一類含有兩個或兩個以上氨基的高活性小分子脂肪族化合物，廣泛分布在原核生物和真核生物中。腐胺（Putrescine, Put）、亞精胺（Spermidine, Spd）和精胺（Spermine, Spm）是植物體內(nèi)最常見且較早被發(fā)現(xiàn)的多胺。熱精胺（Thermospermine, T-Spm）是Spm的結(jié)構(gòu)異構(gòu)體，在高等植物中也是普遍存在的。多胺在細胞分裂、維管發(fā)育、種子萌發(fā)、果實成熟、衰老等植物生長發(fā)育過程，以及生物脅迫和非生物脅迫響應(yīng)中發(fā)揮重要作用。多胺穩(wěn)態(tài)（PA balance）的維持對植物生長發(fā)育和抗逆性具有至關(guān)重要的作用。植物體內(nèi)多胺穩(wěn)態(tài)主要通過其合成（PA biosynthesis）與代謝途徑（PA catabolism）的動態(tài)調(diào)節(jié)來維持（圖1）。

圖1 多胺合成與代謝途徑精確調(diào)控植物體內(nèi)的多胺穩(wěn)態(tài)

　　外源多胺處理可以增加內(nèi)源多胺的積累，進而影響多胺氧化酶（PAO）的活性。多胺在PAO的作用下會產(chǎn)生H2O2，后者作為重要的信號分子參與植物的耐鹽、耐旱、耐水淹、耐重金屬、耐高溫和低溫、及高光強等抗性反應(yīng)過程。同時，H2O2是一把“雙刃劍”，它的過度積累可能會導(dǎo)致活性氧大爆發(fā)ROS，進而觸發(fā)程序性細胞死亡（PCD）等過程，嚴重時會造成細胞死亡，傷害植物（圖2）。

圖2 外源多胺處理提高內(nèi)源多胺含量從而增強植物的抗逆性 

　　多胺可與乙烯、NO等信號分子互作，調(diào)控包括果實發(fā)育、葉片發(fā)育、種子萌發(fā)、胚軸伸長、籽粒大小等植物生長發(fā)育過程（圖3）。

圖3 多胺、乙烯、NO互作調(diào)控植物生長發(fā)育

　　多胺與光照、溫度、濕度等環(huán)境因子也存在相互作用，共同調(diào)控植物體內(nèi)多胺的轉(zhuǎn)運、分布，介導(dǎo)內(nèi)源多胺穩(wěn)態(tài)的維持，從而影響光合效率、抗逆性與生長發(fā)育（圖4）

圖4 光照、溫度與濕度介導(dǎo)多胺的合成與分布調(diào)控植物的生長發(fā)育與抗逆性

　　本文系統(tǒng)的總結(jié)了多胺在植物體內(nèi)的合成、代謝、轉(zhuǎn)運、分布，多胺穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)，及其在植物生長發(fā)育和抗逆上的調(diào)控作用，為實現(xiàn)作物精準分子設(shè)計育種提供理論基礎(chǔ)。

生命科學(xué)學(xué)院劉太波副教授為論文的第一作者和共同通訊作者，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)的屈婧、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)的碩士研究生方茵茵和楊海珊為共同第一作者，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)的劉繼紅教授為通訊作者。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)的陶利珍教授為該工作提供了寶貴的支持與指導(dǎo)。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)為第一完成單位。本研究得到了國家重點研發(fā)計劃、“十四五”廣東省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新十大主攻方向“揭榜掛帥”項目、國家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金項目的資助。

　　相關(guān)論文鏈接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39601632/

文圖/生命科學(xué)學(xué)院 劉太波