【Annual Review of Plant Biology期刊】植物发育和逆境响应的关键因子

2024年6月，西班牙瓦伦西亚理工大学的Miguel A. Blázquez在Annual Review of Plant Biology发表了题为Polyamines: Their Role in Plant Development and Stress文章，阐述了多胺在植物发育和逆境响应过程中的两种重要参与机制：直接参与翻译调控和间接产生过氧化氢作为防御机制。

关键词：植物多胺、蛋白质翻译、维管发育、抗逆性

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植物多胺是一类由小分子阳离子化合物组成的生物活性物质，它们在植物生长发育和逆境响应中扮演着重要的角色。

植物中的多胺化合物

腐胺(Putrescine, Put)

亚精胺(Spermidine, Spd)

精胺(Spermine, Spm)

热亚精胺(Thermospermine, Tspm)

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植物中的多胺代谢途径包括腐胺(Put)、亚精胺(Spd)、精胺(Spm)和热亚精胺(Tspm)的合成。Tspm合成是通过水平基因转移(HGT)引入植物的，而Spm合成则源于祖先被子植物的亚精胺合酶的突变。

图1.植物中的多胺分子及其代谢途径

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研究表明，干旱、高温、寒冷和高盐等逆境下，植物体内多胺水平会增加，并被多胺氧化酶(PAO)氧化产生过氧化氢(H2O2)，这一过程在植物的防御反应中起着关键作用。拟南芥中精胺合成酶(SPMS)突变导致植物对盐胁迫和干旱胁迫更敏感，而PAO的突变则影响植物对病原体的抗性，表明腐胺(Put)和精胺(Spm)水平增加会影响植物的耐受性。

图2.植物多胺代谢基因功能丧失的突变体

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多胺在植物的胚胎发育、种子萌发、幼苗建立、生殖发育、植物衰老和维管发育等多个阶段中发挥作用。在维管发育阶段，热亚精胺(Tspm)通过调控特定转录因子的翻译来影响木质部细胞的分化和增殖。

图3.植物多胺的翻译调节机制

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多胺通过直接参与翻译调控来影响植物的发育过程。例如，热亚精胺(Tspm)能够促进特定含有上游开放阅读框(uORF)的mRNA的翻译，这些mRNA编码的转录因子在植物发育中起关键作用。此外，亚精胺(Spd)通过翻译后修饰eIF5A因子来促进含有多脯氨酸区域的mRNA的翻译。

图4.Tspm 参与维管发育的调节

该研究综述了多胺在植物发育和逆境响应中的多重作用，强调了其在植物适应性中的重要性。通过深入了解多胺的功能，能更好地利用这些化合物来提高作物的产量和抗逆性。

原文链接：doi :10.1146/annurev-arplant-070623-110056