近日，我校生命科学学院、亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室陶利珍/刘太波课题组，与华中农业大学园艺林学学院刘继红课题组合作在中科院一区期刊JIPB（影响因子9.3，植物科学TOP 2%）上发表题为“Polyamines: the valuable bio-stimulants and endogenous signaling molecules for plant development and stress response”的特约综述论文。
多胺（Polyamines, PAs）是一类含有两个或两个以上氨基的高活性小分子脂肪族化合物，广泛分布在原核生物和真核生物中。腐胺（Putrescine, Put）、亚精胺（Spermidine, Spd）和精胺（Spermine, Spm）是植物体内最常见且较早被发现的多胺。热精胺（Thermospermine, T-Spm）是Spm的结构异构体，在高等植物中也是普遍存在的。多胺在细胞分裂、维管发育、种子萌发、果实成熟、衰老等植物生长发育过程，以及生物胁迫和非生物胁迫响应中发挥重要作用。多胺稳态（PA balance）的维持对植物生长发育和抗逆性具有至关重要的作用。植物体内多胺稳态主要通过其合成（PA biosynthesis）与代谢途径（PA catabolism）的动态调节来维持（图1）。
图1 多胺合成与代谢途径精确调控植物体内的多胺稳态
外源多胺处理可以增加内源多胺的积累，进而影响多胺氧化酶（PAO）的活性。多胺在PAO的作用下会产生H2O2，后者作为重要的信号分子参与植物的耐盐、耐旱、耐水淹、耐重金属、耐高温和低温、及高光强等抗性反应过程。同时，H2O2是一把“双刃剑”，它的过度积累可能会导致活性氧大爆发ROS，进而触发程序性细胞死亡（PCD）等过程，严重时会造成细胞死亡，伤害植物（图2）。
图2 外源多胺处理提高内源多胺含量从而增强植物的抗逆性
多胺可与乙烯、NO等信号分子互作，调控包括果实发育、叶片发育、种子萌发、胚轴伸长、籽粒大小等植物生长发育过程（图3）。
图3 多胺、乙烯、NO互作调控植物生长发育
多胺与光照、温度、湿度等环境因子也存在相互作用，共同调控植物体内多胺的转运、分布，介导内源多胺稳态的维持，从而影响光合效率、抗逆性与生长发育（图4）
图4 光照、温度与湿度介导多胺的合成与分布调控植物的生长发育与抗逆性
本文系统的总结了多胺在植物体内的合成、代谢、转运、分布，多胺稳态的调节，及其在植物生长发育和抗逆上的调控作用，为实现作物精准分子设计育种提供理论基础。
生命科学学院刘太波副教授为论文的第一作者和共同通讯作者，华中农业大学的屈婧、华南农业大学的硕士研究生方茵茵和杨海珊为共同第一作者，华中农业大学的刘继红教授为通讯作者。华南农业大学的陶利珍教授为该工作提供了宝贵的支持与指导。华南农业大学为第一完成单位。本研究得到了国家重点研发计划、“十四五”广东省农业科技创新十大主攻方向“揭榜挂帅”项目、国家自然科学基金、广东省自然科学基金项目的资助。
相关论文链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39601632/
文图/生命科学学院 刘太波
