干旱脅迫影響藥用植物品質(zhì)的分子機(jī)制研究＊

于浩瀅，徐志超，閔偉紅，宋經(jīng)元,3＊＊

（1.中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院&北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院藥用植物研究所，中藥資源教育部工程研究中心 北京 100193；2.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院 長春 130118；3.中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥用植物研究所云南分所 景洪 666100）

目前，全球干旱及半干旱地區(qū)占陸地總面積的3/1以上，干旱持續(xù)時間長，影響范圍廣，對農(nóng)業(yè)及經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生不利影響[1，2]。對于藥用植物來說，干旱是所有自然災(zāi)害中危害最大的一種，它對藥用植物的影響大于其它非生物脅迫的總和，影響中藥材的品質(zhì)與資源[3，4]。藥用植物的品質(zhì)由藥效活性成分的含量和外觀性狀決定[5]，受多方面因素的影響，如真菌、細(xì)菌、病毒等生物因素[6]，以及水分、溫度、鹽度、光照等非生物因素[7]，其中水分是最重要的影響因素之一。從生理生化方面已有研究證實(shí)不同程度的干旱脅迫能夠有效提高或抑制藥用植物活性成分的積累，但具體的分子機(jī)制研究薄弱。

本草基因組學(xué)將前沿組學(xué)技術(shù)引入中藥研究，加速了中藥現(xiàn)代化進(jìn)程[8，9]。本草基因組學(xué)為發(fā)現(xiàn)藥用植物中與特定生理功能相關(guān)的新基因、預(yù)測未知基因以及理解基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制提供重要信息，有助于從分子層面更系統(tǒng)地研究藥用植物品質(zhì)與干旱脅迫之間的關(guān)系及其分子機(jī)制[10，11]。本文綜述了干旱脅迫對藥用植物藥效活性成分和生物量的影響，以及基于本草基因組學(xué)指導(dǎo)的干旱脅迫影響藥用植物品質(zhì)的分子機(jī)制研究，為解決藥用植物品質(zhì)資源問題提供參考。

1 干旱脅迫對藥用植物品質(zhì)的影響

1.1 干旱脅迫影響藥用植物活性成分積累

中藥活性成分主要表現(xiàn)為藥用植物次生代謝產(chǎn)物（secondary metabolites）的積累[12]。次生代謝產(chǎn)物是植物為響應(yīng)環(huán)境變化而產(chǎn)生的一類細(xì)胞生命活動或植物生長發(fā)育正常運(yùn)行非必需的小分子有機(jī)化合物，主要包括生物堿、黃酮、萜類、酚類和皂苷等小分子有機(jī)化合物[13]。中藥活性成分具有多種功效，如抗氧化、消炎、抗癌等，其含量對中藥材的品質(zhì)起決定作用[14]。植物對逆境的響應(yīng)可以有效促進(jìn)中藥活性成分的產(chǎn)生，更加有利于道地藥材的形成[15]。

近年來，研究證明干旱脅迫能夠提高多種藥用植物中活性成分的積累。有報(bào)道指出甘草（Glycyrrhiza uralensis）藥效活性成分與干旱脅迫顯著相關(guān)[16-20]，適當(dāng)?shù)母珊得{迫刺激甘草植物體內(nèi)的糖代謝，促使甘草酸形成并積累[18]。梁[19]發(fā)現(xiàn)適當(dāng)?shù)母珊得{迫能夠引起甘草黃酮類化合物生物合成途徑的關(guān)鍵酶基因表達(dá)上調(diào)，促進(jìn)甘草黃酮類化合物的積累。劉等[21]在研究土壤水分含量對于丹參（Salvia miltiorrhiza）幼苗生長及有效成分的影響時發(fā)現(xiàn)，輕度干旱（土壤含水量55%-60%）可提高丹參地上地下的生物量，對于丹參酮類物質(zhì)如二氫丹參酮Ⅰ、隱丹參酮、丹參酮Ⅰ和丹參酮ⅡA，以及丹酚酸B的合成與積累均有明顯上升，而土壤嚴(yán)重干旱和水分過多時，都會導(dǎo)致丹參藥材中丹參酮類化合物和丹酚酸B含量顯著下降，對活性成分的積累產(chǎn)生負(fù)作用。劉等[22]通過研究水分脅迫下黃芩（Scutellaria baicalensis）的部分生理生化特性發(fā)現(xiàn)中度干旱有利于其活性成分的合成，水分脅迫早期黃芩苷在莖葉中不斷上升，隨著脅迫程度增加急劇下降，而根系中的黃芩苷則隨脅迫加重持續(xù)增加。在干旱脅迫早期（0-21 d）有利于長春花(Catharanthus roseus)中文多靈、長春質(zhì)堿、長春堿、長春新堿的積累，而干旱脅迫后期（28-35 d），4種生物堿含量降低[23]。梁等[24]對七葉一枝花（Paris polyphylla）研究時發(fā)現(xiàn)，根莖內(nèi)總皂苷含量隨土壤水分含量的降低先增加后減少，當(dāng)土壤含水量為12.44%時皂苷含量最高，達(dá)到11.95%。羅勒（Ocimum basilicum）中甲基樟腦、甲基丁香酚、β-月桂烯和α-香柏烯的含量也隨著干旱脅迫的加重而呈上升趨勢，且在土壤含水量為50%時活性成分積累最多[25]。水飛薊（Silybum marianum）活性成分水飛薊素隨著干旱脅迫程度的加重逐漸增多[26]。綜上所述，對于大多數(shù)藥用植物來說，輕度或是中度干旱脅迫可以增加活性成分的積累，而重度干旱脅迫一方面會對活性成分產(chǎn)生負(fù)面影響，另一方面還會對植物生長產(chǎn)生抑制作用[27]。因此，調(diào)節(jié)好藥用植物的干旱脅迫程度，能夠有效地增加其活性成分的含量，提升藥用植物的品質(zhì)。

1.2 干旱脅迫影響藥用植物生物量

干旱脅迫通過改變藥用植物光合速率、滲透調(diào)節(jié)等影響其生長發(fā)育及外觀性狀，進(jìn)而影響藥用植物的品質(zhì)[28]。蒙古黃芪（Astragalus mongholicus）在適度干旱條件下根際細(xì)菌及放線菌增多，根際微生物群落結(jié)構(gòu)組成發(fā)生改變，從而促進(jìn)黃芪地上生物量的積累[29]。決明子（Cassia obtusifolia）和菘藍(lán)（Isatis indigotica）在干旱脅迫下植株的苗高降低，根冠比增加，生物量積累減少[30]。杠柳（Periploca sepium）在干旱脅迫下表現(xiàn)出生長速度緩慢、生物量累積明顯減少、根冠比顯著增大、產(chǎn)量降低等特點(diǎn)[31]。

干旱脅迫降低藥用植物光和效率，致使植物難以進(jìn)行正常光合作用，造成生物量變化。在輕度干旱脅迫下，氣孔因素是光合速率下降的主要原因，而嚴(yán)重干旱脅迫下，葉綠體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使得光合色素含量下降，碳同化酶活性降低、膜脂過氧化加劇而產(chǎn)生超氧自由基等變化，從而導(dǎo)致光合速率下降[32-34]。王等[35]在探究干旱脅迫對藥用植物玉竹（Polygonatum odoratum）光合特性的影響時發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫15天后玉竹氣孔關(guān)閉，蒸騰速率和凈光合速率急劇下降，在干旱脅迫35天后達(dá)到最低，超過35天可能致死。

藥用植物發(fā)生干旱脅迫時會產(chǎn)生滲透調(diào)節(jié)，以應(yīng)對缺水的環(huán)境。滲透調(diào)節(jié)是植物應(yīng)對干旱脅迫的重要生理機(jī)制，植物葉片可通過細(xì)胞溶質(zhì)的凈積累來減小細(xì)胞的滲透勢，使植物在干旱脅迫時維持膨壓穩(wěn)定，保證與膨壓相關(guān)生理過程（如氣孔調(diào)節(jié)等）的進(jìn)行，從而提高抗旱能力[36-38]。米槁（Cinnamomum migao）[39]葉片滲透物質(zhì)會隨脅迫程度的加重而升高，說明米槁可以通過滲透調(diào)節(jié)維持細(xì)胞穩(wěn)定性應(yīng)對干旱脅迫。隨著干旱脅迫程度加深，不同種源的文冠果（Xanthoceras sorbifolium）[40]幼苗葉片含水量降低，滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量增加；刺槐（Robinia pseudoacacia）、皂莢（Gleditsia sinensis）葉片的脯氨酸（proline）含量、可溶性糖含量均呈升高趨勢[41]。藥用植物響應(yīng)干旱脅迫的機(jī)制之一是滲透調(diào)節(jié)，通過降低細(xì)胞內(nèi)的滲透勢從外界吸收水分，維持膨壓穩(wěn)定，減少干旱對自身的傷害。

2 本草基因組學(xué)指導(dǎo)的干旱脅迫影響藥用植物品質(zhì)的分子機(jī)制研究

基于高通量測序的藥用植物干旱脅迫組學(xué)研究有助于揭示藥用植物響應(yīng)逆境信號保守及特異的分子機(jī)制，挖掘關(guān)聯(lián)藥材品質(zhì)的分子標(biāo)記序列，為抗旱品種選育奠定基礎(chǔ)。卷柏（Selaginella tamariscina），又稱“萬歲草”，為石松綱卷柏科卷柏屬植物，能夠在脫水95%以上的生理情況下生存且遇水復(fù)蘇。Xu等[42]通過比較基因組與轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析揭示卷柏耐旱分子機(jī)制，采用單分子實(shí)時（SMRT）測序技術(shù)組裝卷柏基因組，注釋到27，761個蛋白質(zhì)編碼基因，其中11%的蛋白編碼基因在脫水狀態(tài)下（50%RWC）顯著高表達(dá)。基因組進(jìn)化分析發(fā)現(xiàn)卷柏PPR基因家族成員顯著擴(kuò)張，且許多PPR基因在脫水狀態(tài)時顯著降低，表明其在葉綠體發(fā)育中的重要角色。研究發(fā)現(xiàn)卷柏獨(dú)特的葉綠體基因組結(jié)構(gòu)，含有同向重復(fù)區(qū)、序列重排及NAD(P)H脫氫酶編碼基因（cp-ndh）缺失。徐等[43]基于卷柏全基因組分析卷柏耐旱相關(guān)AP2/ERF（APETALA2/ethylene responsive factor）轉(zhuǎn)錄因子基因家族，發(fā)現(xiàn)了包括7個DREB（dehydration responsive element binding protein）亞家族和6個ERF亞家族成員在內(nèi)的17個基因與卷柏干旱及復(fù)水表型顯著正相關(guān)?；诘⒒蚪M解析丹參蛋白磷酸酶2C（2C protein phosphatase，PP2C）亞家族成員、基因結(jié)構(gòu)以及差異表達(dá)圖譜，研究丹參PP2C基因的結(jié)構(gòu)在不同組織部位的表達(dá)及逆境脅迫下的響應(yīng)，為藥用植物生物或非生物脅迫研究提供依據(jù)[44]。

由于大多數(shù)藥用植物基因組研究仍為空白，近來的研究主要利用轉(zhuǎn)錄組學(xué)揭示其干旱響應(yīng)的分子機(jī)制。張等[20]基于轉(zhuǎn)錄組測序?qū)Ω什莞珊得{迫的研究發(fā)現(xiàn)，適度干旱脅迫抑制細(xì)胞壁中β-木糖苷酶、天冬酰胺酰內(nèi)肽酶、GDP-L-巖藻糖合酶等酶的基因表達(dá)以及赤霉素、油菜素內(nèi)酯等激素的生物合成和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，進(jìn)而抑制地上莖的伸長；同時干旱脅迫促進(jìn)萜類、黃酮類化合物生物合成關(guān)鍵酶基因的表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)甘草有效成分的積累；促進(jìn)生長素、乙烯、細(xì)胞分裂素的生物合成和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，進(jìn)而促進(jìn)根的發(fā)生和細(xì)胞增殖；促進(jìn)脫落酸、茉莉酸的生物合成和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，進(jìn)而提高甘草對干旱脅迫的適應(yīng)能力。Gechev等[45]通過轉(zhuǎn)錄組分析揭示了巴爾干苣苔（Haberlea rhodopensis）的干旱分子機(jī)制，在轉(zhuǎn)錄因子（NAC、NF-YA、MAD box、HSF、GRAS和WRKY）的誘導(dǎo)下，抑制光合作用和生長的相關(guān)基因可能作為遺傳重編程的主要開關(guān)，并且發(fā)現(xiàn)與糖代謝、信號傳導(dǎo)和編碼早期光誘導(dǎo)蛋白（early lightinduced proteins，ELIP）、晚期胚胎發(fā)育豐富蛋白（late embryogenesis abundant proteins，LEA）和熱休克蛋白（heat shock protein，HSP）的相關(guān)基因均上調(diào)表達(dá)。Vashisth等[46]研究干旱脅迫處理下黃花蒿的轉(zhuǎn)錄組信息，得到89，362個對照轉(zhuǎn)錄本和90，470個干旱脅迫的轉(zhuǎn)錄本，發(fā)現(xiàn)在干旱脅迫下青蒿素含量下降29.56%。應(yīng)用轉(zhuǎn)錄組學(xué)相關(guān)技術(shù)研究的還有藥用植物廣寄生（Taxillusi chinensis），其中的熱休克蛋白（HSP）和核糖體蛋白可能在干旱脅迫的早期反應(yīng)中起作用[47]。Zhou等[48]完成木棉（Bombax ceiba）的轉(zhuǎn)錄組測序，鑒定了干旱處理下59個上調(diào)1，000倍的差異表達(dá)基因，發(fā)現(xiàn)了AUX1、JAZ和psbS基因可以調(diào)節(jié)植物的生長、抵抗非生物脅迫以及參與光合作用過程。Mehta等[49]使用Illumina技術(shù)分別提取來自兩個不同發(fā)育階段的狹葉番瀉（Cassia angustifolia）RNA并測序，鑒定潛在的干旱脅迫相關(guān)轉(zhuǎn)錄本，為進(jìn)一步研究狹葉番瀉的干旱適應(yīng)性提供分子基礎(chǔ)。Qian等[50]對水芹（Oenanthe javanica）進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測序和miRNA測序，注釋功能基因、開發(fā)SSR標(biāo)記并分析其miRNA的潛在靶基因，驗(yàn)證10種miRNA及其相應(yīng)的靶基因在干旱脅迫下的表達(dá)，揭示miRNA響應(yīng)干旱脅迫的調(diào)控作用。Janiak等[51]研究大麥（Hordeum vulgare）干旱脅迫下的轉(zhuǎn)錄組，揭示大麥干旱應(yīng)激響應(yīng)基因高表達(dá)，以及通過ABA、生長素、乙烯和油菜素類固醇之間的相互作用保持動態(tài)平衡，增加其耐旱性。

基于蛋白質(zhì)組學(xué)揭示藥用植物響應(yīng)干旱脅迫的分子機(jī)制也有一定的研究進(jìn)展。付等[52]研究蒙古沙冬青（Ammopiptanthus mongolicus）葉片組織干旱脅迫下蛋白質(zhì)組變化，發(fā)現(xiàn)蒙古沙冬青主要依靠葉綠體結(jié)構(gòu)和光合作用的維持響應(yīng)干旱脅迫。Kumar等[53]發(fā)現(xiàn)在過表達(dá)的轉(zhuǎn)基因煙草（Nicotiana tabacum）中谷胱甘肽（GSH）通過誘導(dǎo)脅迫相關(guān)基因和蛋白質(zhì)如HSP70、查爾酮合酶、谷胱甘肽過氧化物酶、硫氧還蛋白過氧化物酶、ACC氧化酶和血紅素加氧酶I在抵御植物干旱脅迫中起重要作用。李等[54]研究抗旱性蠶豆（Vicia faba）幼苗的蛋白質(zhì)組，證實(shí)下降表達(dá)的蛋白主要與脅迫防御、代謝和能量、細(xì)胞骨架以及氧化平衡有關(guān)，而上升表達(dá)的蛋白主要參與了蛋白折疊和光合系統(tǒng)。藥用植物響應(yīng)干旱脅迫是一系列復(fù)雜的過程，本草基因組學(xué)的發(fā)展將促進(jìn)干旱脅迫影響藥用植物品質(zhì)的分子機(jī)制研究，推動耐旱優(yōu)良品種選育，指導(dǎo)中藥農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)。

3 藥用植物響應(yīng)干旱脅迫的分子機(jī)制

3.1 活性氧的產(chǎn)生和清除分子機(jī)制

活性氧（reactive oxygen species，ROS）是植物體代謝產(chǎn)生含氧自由基和極易形成自由基的過氧化物的總稱，包括超氧自由基（O2·-）、過氧化氫（H2O2）和羥基自由基（·OH）等。干旱條件下，質(zhì)膜上的NAD(P)H氧化酶（NOX）呼吸反應(yīng)產(chǎn)生O2·-[55]，O2·-隨后形成H2O2，促進(jìn)ROS產(chǎn)生及積累[56]，打破活性氧在體內(nèi)含量的動態(tài)平衡，損傷細(xì)胞膜，對植物造成不可逆的傷害[57，58]。為減輕這種傷害，植物在長期進(jìn)化過程中形成兩大保護(hù)系統(tǒng)來清除活性氧，即酶促和非酶促保護(hù)系統(tǒng)。酶促保護(hù)系統(tǒng)包括超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、過氧化物酶（peroxidase，POD）、抗壞血酸過氧化物酶(ascorbate peroxidase，APX)、谷胱甘肽過氧化物酶（glutathione peroxidase，GPX）、過氧化氫酶（catalase，CAT）等；非酶保護(hù)系統(tǒng)包括ASA-抗壞血酸、GSH-谷胱甘肽、Cytf-細(xì)胞色素f、維生素E和類胡蘿卜素等[59]。SOD的主要功能是將O2·-歧化為H2O2，POD和CAT的作用是進(jìn)一步清除H2O2生成水和氧氣，多種酶共同作用維持細(xì)胞內(nèi)自由基的正常水平，減輕活性氧對植物造成的傷害[60]（圖1）。

圖1 推測的藥用植物響應(yīng)干旱脅迫的分子機(jī)理

表1 基于本草基因組學(xué)的藥用植物干旱脅迫分子機(jī)制研究進(jìn)展

干旱脅迫下藥用植物體內(nèi)SOD、POD等保護(hù)酶活性與其抗脅迫能力呈正相關(guān)。金銀花（Lonicera japonica）[61]、黃芩[62]、鐵皮石斛（Dendrobium officinale）[63]等，在土壤干旱加重過程中，POD活性表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢。抗旱性強(qiáng)的品種，其保護(hù)酶活性會保持在一定較高的程度且比較穩(wěn)定，而抗旱性較弱的品種其保護(hù)酶活性會表現(xiàn)出降低或先升高后降低的趨勢。當(dāng)干旱脅迫進(jìn)一步加重時，活性氧自由基會造成細(xì)胞膜膜脂過氧化，生成丙二醛（malondialdehyde，MDA）[64]，MDA濃度是判斷脅迫下藥用植物細(xì)胞膜脂過氧化程度的一個指標(biāo)，它會隨著干旱作用時間延長而升高[65]。黃連（Coptis chinensis）[66]葉的MDA含量隨干旱時間的延長和強(qiáng)度的增加而上升，SOD、POD酶活性下降，CAT酶活性呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢。甘草[67]在輕度干旱脅迫下，自身通過抗氧化酶類（SOD、CAT、POD等）活性的提高急時清除活性氧自由基，減輕傷害；在重度干旱脅迫下，活性氧代謝平衡被打破，造成活性氧不斷積累，致使膜脂過氧化加劇，對甘草造成不可逆的傷害[68]。隨著干旱脅迫的加重，蒲公英（Taraxacum mongolicum）[69]葉片中的超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）的活性顯著提高。藥用植物響應(yīng)干旱脅迫，主要依靠酶促保護(hù)系統(tǒng)來清除大量積累的自由基，保持體內(nèi)活性氧的平衡，以減輕干旱造成的傷害。

3.2 ABA信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與調(diào)控機(jī)制

3.2.1 依賴ABA的傳導(dǎo)途徑

當(dāng)植物遭受干旱脅迫時，感受器OSCA1（reduced hyperosmolality-induced calcium increase 1）接收到刺激信號[70]，由此產(chǎn)生的Ca2+信號可能激活蛋白激酶CPKs和CBLs-CIPKs，最終可能導(dǎo)致蔗糖非酵解型蛋白激酶（sucrose non-fermenting 1-related protein kinases 2，SnRK2）被激活，使ABA積累[71]。ABA可與脫落酸受體 PYR/PYL/RCAR（pyrabactinresistant/PYR-like/regulatory component of ABA，PYLs）蛋白家族結(jié)合[72]。而A型蛋白磷酸酶2C（PP2Cs）作為ABA的共受體，能夠使PYL與ABA的結(jié)合親和力增加近100倍[73]。ABA與PYLs結(jié)合后抑制PP2Cs，導(dǎo)致SnRK2.2/3/6/7/8被激活并磷酸化 SLAC1（slow anion channel-associated 1）、Rbohs（respiratoyrburst oxidasehomologs）等下游效應(yīng)蛋白[74-77]。Rbohs磷酸化產(chǎn)生H2O2[78]。同時，ABA還可引發(fā)NO（一氧化氮）和PA（磷脂酸）的合成，NO導(dǎo)致SnRK2s失活[79]，繼而激發(fā)Ca2+信號和絲裂原活化蛋白激酶（mitogenactivated protein kinase，MAPK）等第二信使[80，81]，為中心的胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)換以及蛋白質(zhì)磷酸化作信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，通過調(diào)節(jié)蛋白與轉(zhuǎn)錄因子等特異結(jié)合，誘導(dǎo)下游基因的表達(dá)，從而使植物對干旱脅迫做出響應(yīng)[82-84]（圖1）。外源ABA在適當(dāng)濃度下的應(yīng)用能夠促進(jìn)甘草主要成分的積累。Qiao等[17]采用高效液相色譜法（HPLC）和酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)（ELISA）分別測定了栽培的烏拉爾甘草（2年生）中5種有效成分和7種內(nèi)源激素的含量，證明ABA、玉米素核苷（ZR）和二氫玉米素核苷（DHZR）與活性成分的積累相關(guān)性高，外源ABA處理導(dǎo)致5種活性成分甘草甜素（I）、甘草素（II）、異甘草素（III）、甘草素（IV）和異甘草素（V）的含量顯著增加。

3.2.2 非依賴ABA傳導(dǎo)途徑

非依賴ABA傳導(dǎo)是指植物細(xì)胞膜上的感受器感受干旱脅迫刺激后，無需ABA傳導(dǎo)，直接影響第二信號系統(tǒng) Ca2+、三磷酸肌醇（inositol 1，4，5-triphosphate，IP3）進(jìn)行磷酸化或去磷酸化反應(yīng)傳遞信號，順式作用元 件 DRE/CRT（dehydration responsive element/CRepeat）與DREB、AP2、ERF、NAC等轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，誘導(dǎo)特定基因表達(dá)[85]，見圖1。CIP蛋白酶是干旱脅迫早期響應(yīng)基因編碼的一種蛋白，在沒有ABA積累的情況下，干旱和高鹽脅迫可產(chǎn)生該蛋白的一個調(diào)節(jié)亞基，這說明干旱脅迫下存在不依賴ABA的途徑[86]。研究表明在無ABA信號轉(zhuǎn)導(dǎo)情況下，在擬南芥（Arabidopsis thaliana）中過表達(dá)ANAC019，ANAC055和ANAC072使其耐旱性顯著增加[87]。

3.3 藥用植物干旱脅迫響應(yīng)基因

脯氨酸合成酶（pyrroline-5-carboxylate synthetase，P5CS）是一種合成脯氨酸的關(guān)鍵酶，Roxas等[88]將P5CS轉(zhuǎn)入煙草，使煙草內(nèi)脯氨酸含量相對提高10-18倍，增強(qiáng)煙草的耐旱性。肌醇半乳糖苷合成酶（Gols1）是棉子糖代謝中的關(guān)鍵酶，Wang等[89]從牛耳草（Boea hygrometrica）中克隆Gols1基因，轉(zhuǎn)化到煙草中發(fā)現(xiàn)棉子糖含量增加，提高植物對干旱脅迫的適應(yīng)能力。海藻糖作為耐旱應(yīng)激標(biāo)志性代謝產(chǎn)物，能夠有效提高植物的耐旱性狀。海藻糖合成相關(guān)基因TPS1、OtsAB、TPSP等通過遺傳轉(zhuǎn)化技術(shù)提高煙草（Nicotiana tabacum）、甘蔗（Saccharum officinarum）等植物的耐旱能力[90]。油脂蛋白（Oleosin）在高等植物種子中特異表達(dá)，具有貯藏能量的功能。Xu等[42]發(fā)現(xiàn)非種子維管植物卷柏的Oleosin蛋白家族顯著擴(kuò)張，且5個Oleosin基因在脫水過程中顯著上調(diào)，復(fù)水后表達(dá)降低，證明其在卷柏耐旱及復(fù)蘇過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。胚胎發(fā)育晚期豐富蛋白（LEA），是植物遭遇非生物脅迫時合成的一系列功能蛋白，與種子抗脫水有關(guān)，在種子發(fā)育后期的脫水階段大量積累，保護(hù)植物細(xì)胞減少干旱脅迫的損傷[91]。Ling等[92]對鐵皮石斛的研究中發(fā)現(xiàn)干旱脅迫下，DofLEAs基因在種子、原球莖、根、莖、葉、五種植物組織中均上調(diào)表達(dá)。何等[93]通過大豆轉(zhuǎn)基因?qū)嶒?yàn)發(fā)現(xiàn)大豆LEA5基因可以提高植物抗干旱能力。植物早期光誘導(dǎo)蛋白（ELIP），可與葉綠素結(jié)合預(yù)防氧化損傷[94]，已經(jīng)在水稻（Oryza sativa）、大豆（Glycine max）等多種植物中被鑒定[95]，在復(fù)活植物Craterostigma plantagineum[96]、牛耳草[97]和復(fù)活草Oropetium thomaeum[98]中，ELIP 基因家族均表現(xiàn)出顯著擴(kuò)張，并且ELIP基因的表達(dá)在干旱脅迫下顯著增加。干旱脅迫顯著響應(yīng)的耐旱功能蛋白的發(fā)現(xiàn)及鑒定，有助于理解藥用植物對干旱脅迫響應(yīng)的分子機(jī)理，提高藥用植物的耐旱性。

4 結(jié)語

干旱是自然界中對藥用植物危害最大的非生物脅迫，對藥用植物的品質(zhì)、生長發(fā)育和各項(xiàng)生理生化指標(biāo)有重要影響。但適度干旱脅迫可提高藥用植物的品質(zhì)，增加次生代謝產(chǎn)物的積累。植物響應(yīng)干旱脅迫的分子機(jī)制研究主要集中在擬南芥、水稻等模式植物上，關(guān)于藥用植物的研究甚少，仍需進(jìn)一步深入研究。藥用植物對干旱脅迫的響應(yīng)不是單一因素作用，而是由植物激素調(diào)節(jié)系統(tǒng)、活性氧代謝系統(tǒng)、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑、基因表達(dá)調(diào)控等多種因素交叉融合，共同作用產(chǎn)生的復(fù)雜反應(yīng)過程。藥用植物耐旱分子機(jī)制的研究也存在技術(shù)問題，主要限制因素為大多數(shù)藥用植物轉(zhuǎn)基因體系不成熟。我們提出以藥用模式植物為對象的研究思路，如丹參，由于其基因組較小、染色體數(shù)目少、世代周期短、組織培養(yǎng)和轉(zhuǎn)基因技術(shù)成熟，被認(rèn)為是藥用植物功能基因研究理想的模式植物[99]?；诒静莼蚪M學(xué)方法篩選藥用模式植物保守或特異的耐旱相關(guān)基因，如參與ABA信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的關(guān)鍵酶基因等；通過遺傳轉(zhuǎn)化、代謝組學(xué)等技術(shù)揭示耐旱基因影響藥用植物品質(zhì)的分子機(jī)制，如耐旱基因的過表達(dá)對藥用植物萜類、黃酮類或生物堿類等成分的影響；挖掘與藥用植物耐旱性狀密切關(guān)聯(lián)的分子標(biāo)記。干旱脅迫影響藥用植物分子機(jī)制的研究將有助于耐旱優(yōu)良種質(zhì)的選育，提升藥用植物品質(zhì)，指導(dǎo)中藥農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。