植物萜类次生代谢及其调控

植物次生代谢在植物生长发育、环境适应、抵御病虫害等方面发挥着重要作用,这些天然产物组成地球上最丰富的有机化合物的宝库．萜类是植物代谢产物中种类最多的一类,具有重要的生理和生态功能,一些成分还有应用价值．近十几年来,人们在萜类化合物的分离、鉴定、应用、生物合成、相关基因与基因族、酶蛋白结构和功能、代谢调控以及代谢工程等各方面取得了重大进展．本文概述了植物萜类化合物代谢及其调控领域的研究进展与发展趋势．     

bZIP转录因子调控植物次生代谢产物生物合成的研究进展

植物次生代谢产物是通过次生代谢产生的一类小分子有机化合物,是植物适应环境的表现,次生代谢产物也是重要药物和化工原料的来源。bZIP转录因子是普遍存在于真核生物中的一类多基因家族,可有效调控植物次生代谢产物的生物合成。本文概述了植物bZIP转录因子的结构和类型,重点阐述了bZIP转录因子调控萜类、黄酮类和生物碱等植物次生代谢产物生物合成的研究进展,并对研究前景进行了展望。深入探讨bZIP转录因子的调控机制,有助于利用基因工程技术优化植物次生代谢途径,提高次生代谢产物的含量,在新药创制、工农业生产等方面具有广泛的应用前景。     

植物次生代谢及其与环境的关系

人类对植物次生代谢产物（天然产物）的早期研究源于它们的应用价值,近些年来人们越来越认识到植物次生代谢产物广泛的生物学效应,开始重新评价这些化合物在植物生命活动以及生态系统中可能扮演的角色。植物的次生代谢是植物在长期进化中与环境（生物的和非生物的）相互作用的结果,次生代谢产物在植物提高自身保护和生存竞争能力、协调与环境关系上充当着重要的角色。介绍了植物次生代谢及其产物的特点,概述了植物次生代谢与温度、水分、光照、养分、CO2浓度、UV-B辐射、环境污染等非生物环境以及与化学防御、化感作用、菌根共生、微生物病害的关系。研究植物次生代谢与环境的关系,可以从更深的层次发掘植物与环境的内在联系,为全面、深入认识植物与环境的相互关系提供新的研究途径,同时也有利于人类更有效、合理地利用植物的次生代谢产物。     

丛枝菌根真菌对植物次生代谢的影响

丛枝菌根(AM)是自然界中分布最为广泛、最为重要的一类菌根,许多研究已经观察到丛枝菌根真菌与植物次生代谢的相关性,丛枝菌根真菌能够直接或间接地影响植物的次生代谢过程。植物的次生代谢产物主要分为萜类物质、酚类物质和含氮化合物(主要是生物碱)三大类群,该文简要介绍了丛枝菌根真菌对这3类植物次生代谢产物的影响。丛枝菌根真菌与萜类物质代谢关系的研究比较细致和深入,有些工作已经从细胞及分子水平探讨其间的作用机制,如Blumenin、类胡萝卜素等。丛枝菌根真菌与酚类物质代谢关系的研究也比较深入,其中具有特殊功能的酚类物质——植保素、细胞壁酚酸、类黄酮/异类黄酮等倍受关注。目前有关丛枝菌根真菌与生物碱关系的研究相对较少,不过现有的研究表明,菌根的形成有助于生物碱积累。     

次生代谢产物与植物抗病防御反应

次生代谢产物是由植物次生代谢产生的许多结构不同的小分子有机化合物,它们广泛参与植物的生长、发育、防御等生理过程。次生代谢产物在植物的抗病防御反应中发挥着重要作用,可以作为生化壁垒防御病原物侵染,还可以作为信号物质参与植物的抗病反应;在植物与病原物互作中,植物合成新的抗菌物质植保素,原有的抗菌物质也会增加。植物次生代谢产物的积累受到病原物、发育,环境等多种因素的调节。本文重点介绍次生代谢产物在植物抗病防御中的相关作用以及影响其合成的各种因素。     

药用植物次生代谢的生物学作用及生态环境因子的影响

药用植物的很多有效成分为植物的次生代谢产物,包括生物碱、萜类、酚类、甙类等。这些次生代谢产物在植物的生理调节、自身保护、生存竞争、协调与环境关系等生命活动的许多方面均起着重要作用。各种生态环境因素包括光、温度、土壤、空气以及生物因素均影响到药用植物的次生代谢过程。对药用植物次生代谢成分与生态环境因素的关系进行研究有利于揭示药用植物药用有效成分地域性差异的原因,可为药用植物的育种、栽培提供理论依据。     

植物次生代谢基因工程研究进展

随着对植物代谢网络日渐全面的认识,应用基因工程技术对植物次生代谢途径进行遗传改良已取得了可喜的进展.对次生代谢途径进行基因修饰的策略包括:导入单个、多个靶基因或一个完整的代谢途径,使宿主植物合成新的目标物质;通过反义RNA和RNA干涉等技术降低靶基因的表达水平,从而抑制竞争性代谢途径,改变代谢流和增加目标物质的含量;对控制多个生物合成基因的转录因子进行修饰,更有效地调控植物次生代谢以提高特定化合物的积累.作者结合对大豆种子异黄酮类代谢调控和基因工程改良的研究,着重介绍了花青素和黄酮类物质、生物碱、萜类化合物和安息香酸衍生物等次生代谢产物生物合成的基因工程研究进展.     

植物次生代谢生态学

植物次生代谢 ( Plantsecondary metabolism)的概念最早是由 Kossel于 1 891年明确提出的。次生代谢是相对于初生代谢或称基本代谢 ( Primarymetabolism)而言的。与维持细胞生命活动所必需的初生代谢产物 ( Primary metabolites)不同 ,次生代谢产物 ( Secondary metabolites,也称次生产物、次生物质 )是指植物中一大类对于细胞生命活动或植物生长发育正常进行并非必需的小分子有机化合物 ,这些在植物体内含量不等的化合物均有自己独特的代谢途径 ,通常由初生代谢派生而来 (陈晓亚等 ,1 998)。植物的次生代谢是植物在长期进化中与环境(生物…     

植物次生代谢的分子生物学及基因工程

植物次生代谢是植物对环境的一种应用,是植物主要的防卸机制之一。植物次生代谢物为人类提供了丰富的药物、香料等资源。近年来植物次生代谢途径关键酶的基因克隆和分子调控的研究成为热点。黄酮类生物合成分子生物学研究最为深入。在异戊二烯途径中,萜类合成酶已从４种植物中克隆,包括单萜,倍半萜和二萜合成酶,这些将对农业与医药产生重要影响。     

穆棱林区野生东北马鹿种群冬季食物组成模式与植物代谢产物的关系

高纬度地带,在冬季食物资源有限的环境中,野生大型有蹄类动物满足营养需求的同时,需要对植物中次生代谢产物进行平衡,回避有害物质并选择对机体有益的成分,从而形成特定的食物组成模式。以东北马鹿（Cervus elaphus xanthopygus）为研究对象,于2020年11月,在黑龙江穆棱东北红豆杉国家级自然保护区境内,采集东北马鹿粪便和植物样本。通过粪便显微分析法确定保护区内马鹿冬季食物组成,采用k-means聚类分析揭示马鹿冬季食物组成模式。应用广泛靶向代谢组技术对部分植物中次生代谢产物的含量进行全覆盖定性和相对定量检测,将食物组成与次生代谢产物数据整合,进行曼特尔检验（Mantel test）分析,以探究植物次生代谢产物对马鹿种群内食物组成模式的影响。结果表明,林区内马鹿种群冬季共采食30种植物,其中木本植物占92.48%;且种群内分别呈现出以东北红豆杉（Taxus cuspidata）,簇毛槭（Acer barbinerve）,毛榛子（Corylus mandshurica）为主要食物的不同食物组成模式。广泛靶向代谢组技术共检测出638种次生代谢产物,有25种代谢物与马鹿采食频率显著相关,其中多数萜类物质抑制马鹿采食,而鞣质类物质对马鹿的采食选择有一定的正向作用;Mantel test结果显示,上述25种物质中黄酮、鞣质、萜类化合物相对含量与不同马鹿个体食物组成显著相关,说明这些代谢物相对含量和性质的差异会造成种群内不同个体食物组成的差异,是种群内形成不同食物组成模式的原因之一。从植物次生代谢产物角度揭示了该地区东北马鹿种群冬季食物组成模式呈现差异的可能因素,为进一步研究大型有蹄类营养策略和植物化学防御关系提供基础依据。     

Effect of latitude on flavonoid biosynthesis in plants

The growth conditions in different latitudes vary markedly with season, day length, light quality and temperature. Many plant species have adapted well to the distinct environments through different strategies, one of which is the production of additional secondary metabolites. Flavonoids are a widely spread group of plant secondary metabolites that are involved in many crucial functions of plants. Our understanding of the biosynthesis, occurrence and function of flavonoids has increased rapidly in recent decades. Numerous studies have been published on the influence of environmental factors on the biosynthesis of flavonoids. However, extensive long‐term studies that examine the effect of the characteristics of northern climates on flavonoid biosynthesis are still scarce. This review focuses on the current knowledge about the effect of light intensity, photoperiod and temperature on the gene–environment interaction related to flavonoid biosynthesis in plants.     

乙烯对植物次生代谢产物合成的双重调控效应

植物次生代谢产物是人类重要的药物及化工原料来源, 其产生与植物正常的生长发育及对环境的适应密切相关, 并受到多种因素的调控。乙烯作为一种植物内源激素, 广泛参与植物的生长、发育、抗逆和次生代谢产物合成等重要生理过程的调控。该文综述了乙烯的信号转导机制及其调控作用; 重点归纳了乙烯对植物次生代谢产物形成所表现出的双重调控效应, 即在一定浓度范围内, 乙烯对植物次生代谢产物的合成起促进作用, 低于或超过该浓度范围则起抑制作用; 并对今后该领域的研究方向进行了展望。     

转录因子调控植物萜类化合物生物合成研究进展

萜类化合物是植物次生代谢物中结构和数量最多的一类化合物, 它们在植物体内以及植物与环境和其它生命体的相互作用中发挥重要作用。转录因子通过调控代谢通路中基因的转录起始来调节次生代谢物质的产量。目前, 研究发现参与萜类合成的转录因子家族主要有6个, 包括AP2/ERF、bHLH、MYB、NAC、WRKY和bZIP。该文主要对其家族的结构特点、调控模式以及研究进展进行综述, 以期进一步丰富萜烯合成的网络调控, 为植物萜类相关的分子育种、优质栽培和病虫害生物防治等提供新的思路与方法。     

Influence of abiotic stress signals on secondary metabolites in plants

Plant secondary metabolites are unique sources for pharmaceuticals, food additives, flavors, and industrially important biochemicals. Accumulation of such metabolites often occurs in plants subjected to stresses including various elicitors or signal molecules. Secondary metabolites play a major role in the adaptation of plants to the environment and in overcoming stress conditions. Environmental factors viz. temperature, humidity, light intensity, the supply of water, minerals, and CO₂ influence the growth of a plant and secondary metabolite production. Drought, high salinity, and freezing temperatures are environmental conditions that cause adverse effects on the growth of plants and the productivity of crops. Plant cell culture technologies have been effective tools for both studying and producing plant secondary metabolites under in vitro conditions and for plant improvement. This brief review summarizes the influence of different abiotic factors include salt, drought, light, heavy metals, frost etc. on secondary metabolites in plants. The focus of the present review is the influence of abiotic factors on secondary metabolite production and some of important plant pharmaceuticals. Also, we describe the results of in vitro cultures and production of some important secondary metabolites obtained in our laboratory.     

The effects of season and water availability on chemical composition,secondary metabolites and biological activity in plants

Plants react towards changes in their environment, which can be a result of biotic or abiotic activities. Numerous studies have investigated the effects of abiotic stress on plants, and how it affects the primary as well as secondary metabolism. Generally it is accepted that plants react to environmental stress by increasing secondary metabolites. This is however a very broad and simplified explanation and often inaccurate. Various examples are provided where plants react positively, and often negatively towards seasonal variation and water availability, resulting in a lowering of certain secondary metabolites concentration, while others are increased. Furthermore species differences, cultivars and interaction of other environmental factors such as temperature complicates a simple conclusion from the effect of stress on plants. The differential expression of genes in different species and in different metabolic pathways ensures a complex and very specific reaction of a plant to environmental stress. Overall the paper provides support for a complex and intricate response system which differs for each plant species, and could be explained by understanding and studying the different metabolic pathways responsible for secondary metabolite production.     

The biosynthesis and genetic engineering of bioactive indole alkaloids in plants

Indole alkaloids are widely distributed secondary metabolites that exhibit a broad range of pharmacological activities. They are synthesized through plant biosynthetic pathways involving complex enzyme activities and regulatory strategies. Since many compounds of indole alkaloids are structurally too complex to be manufactured economically by chemical synthesis, they have to be isolated from naturally grown or cultivated plants. Therefore, the biotechnological production of high-value plant secondary metabolites in cultivated cells or transgenic plants is potentially an attractive alternative. The present review describes the regulation of indole alkaloids biosynthesis, as well as their pharmacological functions in plants such as anti-microbes, anti-inflammatory and anti-tumor. Furthermore, it discusses different strategies by which the genetic engineering of indole alkaloids biosynthesis through the reconstruction of the pathway achieves high production of specific compounds.     

五加科植物发状根诱导研究进展

五加科植物多为重要的中药材,利用发根农杆菌诱导五加科药用植物产生发状根,并从中获取有用的次生代谢产物,是保护五加科珍稀药用植物资源和实现有效次生代谢物质工业化生产的有效途径。该文在概述发根农杆菌转化药用植物研究历程和转化机理研究的基础上,对近年来在发根农杆菌诱导五加科植物的种类及诱导率、影响发根农杆菌诱导五加科植物的各种因素和利用发根农杆菌诱导五加科植物获得再生植株等方面研究进行了重点分析,并对今后亟需研究的几个重点方向进行了展望,以期为五加科药用植物的良性开发和合理利用提供参考。