昆明植物所等在應激性植物次生代謝產物領域進行探索

　　次生代謝產物是植物在進化過程中形成的、適應環境的一種生理生化機制，自然選擇是植物次生代謝途徑進化和產物多樣性的驅動力，植物次生代謝的生物學意義不僅僅是化合物具有什么樣的活性，而在于植物在選擇壓力下，產生的化學成分對植物生理生態適應性反映。

　　中國科學院昆明植物研究所羅曉東課題組劉亞平博士與昆明動物研究所賴仞、姚永剛課題組，云南省農科院張仲愷、浦恩堂課題組等合作，發現彝藥臭靈丹(Laggera pterodonta)中的抗炎活性化合物靈丹酸(PA)僅存在于部分野生植株(圖1a和1b)，課題組采集了野外不同表型的臭靈丹的種子，在該所植物園尹擎的支持下栽種于溫室，平行給予充足的水分和其他良好的生長條件，發現所有植株都長成相同闊葉表型(圖1c)，且都不含活性化合物PA，含有較少的次生代謝產物并容易受到植食性昆蟲的攻擊，當植株被鱗翅目幼蟲取食后，產生了6個呋喃桉烷倍半萜(圖2)。進一步實驗表明：呋喃桉烷倍半萜為昆蟲取食葉片的機械損傷所致(圖3a和 3b)，并非昆蟲口器分泌物對植株的誘導所產生。此外，它們并非專屬的茉莉酸途徑下游產物(機械損傷信號)，而可以被茉莉酸、水楊酸(病原菌信號)、脫落酸(干旱信號)、UV、高溫等獨立誘導植株合成。而且受傷植株可以通過揮發性物質信號，通知其他鄰近植株誘導合成相同化合物(圖3c和3d)。而響應于多種脅迫誘導合成的呋喃桉烷型倍半萜，也賦予了植株多重防御功能：抑制昆蟲胃蛋白酶活性導致昆蟲的拒食;通過影響病毒外殼蛋白的合成，進而抑制病毒在植物宿主內的復制與積累。

　　研究結果提出以下學術觀點與假設：(1)誘導型植物次生代謝產物作為協調植物生長與防御之間的能量分配的一種有效方式，僅當植物面臨脅迫時才合成防御性化合物;(2)作為快速、特異的系統性植物防御反應的補充，植物可能合成一類具有多重生理生態功能的次生代謝產物，以應對復雜多變的環境，這也是植物降低能耗的辦法之一;(3)藥用植物資源的栽培在適宜生長的條件下，可以獲得生物量的增加，但可能存在活性成分的降低甚至消失。

　　相關研究以Induced Furoeudesmanes: A Defense Mechanism Against Stress in Laggera pterodonta, a Chinese Herbal Plant為題發表于Organic Letters(2013, 15, 4940-4943.)

圖1. 臭靈丹植株的不同的表型

圖2. 誘導型呋喃桉烷倍半萜

圖3. 誘導臭靈丹產生系列呋喃桉烷倍半萜