植物苯丙烷代谢途径的生物学功能

苯丙烷代谢是最重要的植物次生代谢途径之一，对植物生长发育及植物环境互作有重要作用。同植物其他的信号通路一样,苯丙烷代谢途径中的各种组分也受到一系列精细且复杂的调控,使植物能更好地完成其整个生长发育周期并适应周边多变的生长环境，同时植物苯丙烷代谢途径通过参与细胞木质化、细胞色素形成及根瘤形成等过程发挥其生物学功能。

1.参与细胞木质化

木质素是植物苯丙烷代谢途径中合成的一参里要产物,作为植物细胞壁的主要组成成分,构建了植物的支持系统和物质运输系统。所以,在植物组织培养中,常常通过检测植物愈伤组织中PAL表达量是否跃增,以判断愈伤组织是否开始分化。同时,由于植物苯丙烷代谢途径介导的细胞木质化,也与植物花粉发育、种子大小、抗病、抗干旱胁迫、抗离子胁迫及抗低温胁迫等息息相关。

2.参与细胞色素形成

细胞色素主要存在于植物的叶、花、果实及种子等组织器官,构成了五彩斑斓的植物王国。植物细胞色素的改变,不仅影响了植物抗紫外的能力,同时也影响着植物对授粉昆虫的吸引力。研究显示,植物细胞色素是由植物苯丙烷类代谢产物,香豆酰CoA ,经过黄酮代谢途径生成的花青素、黄酮醇和黄酮等物质,所以一般彩色花中苯丙烷代谢途径中多种酶的活性要显著高于白色花。

3.参与根瘤形成

大多数的微生物都具有趋化性,对外源不同化学物质表现出趋近或远离,以利于其自身生存。而植物苯丙烷代谢途径产生的大量的次级代谢物,可通过植物根系分泌到根际土壤中,诱导土壤微生物在根系的聚集。已有报道显示,苯丙烷代谢途径产生的黄酮类化合物对根瘤菌有趋化作用,其可诱导根瘤菌中结瘤因子的生物合成,促进植物固氮根瘤的形成。因此,在未来的研究中,通过人为诱导植物根系中特定黄酮类物质的产生,进而有目的地影响植物根系的微生物群落,可能对提升作物抗性及产量,尤其是药用植物中药效成分的含量,将提供全新的认知。

4.参与植物抗病免疫

PAL的活性与植物抗病能力密切相关,其蛋白质活性的强弱已成为判断植物抗病能力的一个重要生理指标。且病原菌细胞破碎物、产生的毒素及病原菌培养液均可诱导植物PAL、4CL、C4H等苯丙烷途径酶类活性的增加,同时这些物质对PAL活性的影响还具有明显的剂量诱导效应。从机制上分析,植物苯丙烷途径参与抗病免疫,一方面是因为其代谢合成的木质素,促进了细胞的木质化程度,使细胞壁加厚,形成了阻止病原菌侵入细胞的物理屏障。另一方面,其代谢产生的多种代谢产物,例如酚类和异黄酮类等,可进一步合成植物植保素,抑制病原菌生长。其次,植物苯丙烷途径还参与植物抗病激素水杨酸的合成,通过激活植物抗病免疫信号通路,综合调控植物的抗病防御能力。