近日,海南大学南繁学院(三亚南繁研究院)王守创教授团队联合国内外多家科研机构,在植物应对环境胁迫的代谢调控领域取得重要进展。该团队发表题为“Phenolamides: Metabolic architects of plant adaptation”的重要综述文章,系统梳理了酚胺类化合物在植物适应环境过程中的代谢机制与生理功能,提出酚胺是连接初级代谢与次级代谢、协调生长与防御的“代谢建筑师”,为解析植物复杂环境适应机制和培育高抗逆作物提供了新的理论框架和关键代谢靶点。
创新点一:构建酚胺调控植物环境适应的系统理论框架
文章围绕“酚胺如何帮助植物在复杂环境中生存”这一核心问题,整合了近年多组学分析、基因功能研究和代谢调控等方面的大量研究成果,系统阐述了酚胺在碳氮分配、氧化还原稳态维持、防御信号传导等环节中的枢纽作用。研究首次从“代谢建筑师”的视角,提出酚胺处于植物代谢网络与环境信号交汇的关键节点,能够在生长与防御之间实现动态权衡,为后续开展更精细的功能解析和代谢设计奠定了理论基础。
创新点二:揭示酚胺在抗逆反应与生态互作中的多重功能
综述总结了酚胺在抗氧化、光保护、细胞壁强化及抑制病原入侵等方面的多层次功能,指出其在植物发育、防御及环境适应中具有“多面手”角色。研究归纳了酚胺在逆境胁迫下的诱导性积累规律,以及与植物激素信号的协同调控模式,揭示其在胁迫信号网络中既是“响应者”,又是“调度者”。同时,文章还讨论了酚胺在吸引传粉者、驱避植食动物等生态互作中的潜在作用,凸显酚胺在生态系统层面的重要地位(图1)。
图1. 酚胺在植物抗逆中的多重功能
创新点三:指向作物抗逆改良与可持续农业的应用前景
在总结现有研究基础上,团队提出了酚胺相关基因与代谢通路在作物遗传改良和代谢工程中的应用设想,指出未来可通过精准调控酚胺合成与分布,构建兼具高产、优质和强抗逆性的作物新材料。文章特别强调,在全球气候变化和环境压力加剧的背景下,酚胺为绿色防控和可持续农业提供了具有潜力的新型天然产物资源和靶点,为发展低投入、高效率的作物抗逆策略提供了重要思路。
作为固着生长的植物,在长期进化过程中形成了复杂而精细的化学调控网络,以灵活应对多变环境。酚胺作为连接初级代谢和次级代谢的关键枢纽,不仅是代谢通路的产物,更参与调控代谢流、维持细胞稳态、协调防御与生长。本项工作通过对相关研究的系统整合和前瞻性分析,为深入理解植物在复杂环境中“如何活下去、如何活得更好”提供了新的理论支点和研究方向。
该论文由海南大学南繁学院(三亚南繁研究院)王守创教授、杨君副教授,崖州湾国家实验室罗杰教授,马克斯·普朗克植物分子生理研究所 Alisdair R. Fernie 教授共同通讯;海南大学南繁学院博士后曹鹏为第一作者,崖州湾国家实验室青年科学家沈双欠参与论文撰写。研究工作得到了国家自然科学基金、海南省科技专项基金等项目的资助。
相关成果近期发表于国际植物科学权威期刊Trends in Plant Science(IF=20.8),为我国学者在植物代谢调控与抗逆育种研究领域的持续深入与国际合作奠定了坚实基础。