植物激素在三萜類化合物生物合成中的作用及調(diào)控機(jī)制研究進(jìn)展

代紅洋，柏 旭，李曉崗，張興開，羅 霖，張熙琪，曹冠華, ，賀 森,

1.云南中醫(yī)藥大學(xué)中藥學(xué)院 云南省南藥可持續(xù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650500

2.曲靖師范學(xué)院生物資源與食品工程學(xué)院，云南高原生物資源保護(hù)與利用研究中心，云南 曲靖 655000

3.云南中醫(yī)藥大學(xué) 云南省傣醫(yī)藥與彝醫(yī)藥重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650500

三萜類化合物是以異戊二烯為基本結(jié)構(gòu)單元所形成的一類天然產(chǎn)物，廣泛存在于包括藥用植物在內(nèi)的高等植物中，如三七、人參、甘草等。三萜類化合物結(jié)構(gòu)多樣，種類繁多，具有廣泛的藥理活性，研究證實(shí)，不同的三萜類化合物在抗炎[1]、抗癌[2-3]、抗衰老、抗血栓、降血壓、調(diào)血脂等方面均效果顯著[4]。由于三萜類化合物種類復(fù)雜，目前主要存在2種分類方法，其一是根據(jù)碳環(huán)數(shù)量進(jìn)行分類，多數(shù)三萜化合物可分為四環(huán)三萜和五環(huán)三萜2大類；其二是根據(jù)三萜類化合物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，可分為三萜皂苷類、甾醇苷類和其他三萜類，其中三萜皂苷類又可細(xì)分為達(dá)瑪烷型、熊烷型、油酸烷型、羽扇豆烷型、藿香烷型等，其他三萜類主要包括三萜醇、三萜生物堿等[5]，部分常見三萜類化合物及分類見表1。目前已知的大多數(shù)與商業(yè)有關(guān)的三萜類化合物都是從植物中分離獲得的，尤其是用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的三萜類化合物，其臨床和商業(yè)價(jià)值巨大，有著廣闊的發(fā)展前景。

表1 常見三萜類化合物的植物來源及其分類Table 1 Plant sources of common triterpenoids and their classification

目前關(guān)于植物三萜類化合物的生物合成途徑和關(guān)鍵酶催化機(jī)制及編碼基因表達(dá)特性有了一定的認(rèn)識(shí)，如三七皂苷、人參皂苷合成通路，但對(duì)三萜類化合物生物合成途徑是如何響應(yīng)生物或非生物因子誘導(dǎo)調(diào)控的研究相對(duì)較少，尤其對(duì)相關(guān)調(diào)控機(jī)制的研究更是知之甚淺。研究顯示，三七皂苷、人參皂苷均可以響應(yīng)干旱[32]、茉莉酸[7]、茉莉酸甲酯[33]、水楊酸[34]、叢枝菌根真菌[35]而顯著上調(diào)表達(dá)，但調(diào)控機(jī)制仍不清楚。本文從三萜類化合物的生物合成通路、關(guān)鍵酶作用機(jī)制、編碼基因表達(dá)特性及茉莉酸、茉莉酸甲酯、水楊酸、脫落酸等植物激素對(duì)三萜類化合物含量的影響及可能的調(diào)控機(jī)制進(jìn)行了歸納分析和整理，總結(jié)出三萜類化合物響應(yīng)植物激素調(diào)控的可能機(jī)制，并繪制了相關(guān)模型。

1 植物三萜類化合物的生物合成通路

研究發(fā)現(xiàn)，植物三萜類化合物的合成主要包括胞漿甲羥戊酸（mevalonic acid，MVA）途徑和質(zhì)體2-C-甲基-D-赤蘚糖醇-4-磷酸酯（2-C-methyl-Derythritol-4-phosphate，MEP）2種途徑，二者分別形成2個(gè)可以相互轉(zhuǎn)化的五碳前體物質(zhì)異戊烯基焦磷酸（isopentenylallyl diphosphate，IPP）和二甲基烯丙基焦磷酸（dimethylallyl diphosphate，DMAPP）[36]。在MVA途徑中，基礎(chǔ)物質(zhì)乙酰輔酶A先后在乙酰輔酶A?；D(zhuǎn)移酶（acetoacetyl-CoA acyltransferase,AACT）、3-羥基-3-甲基戊二酰合成酶（3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA synthase，HMGS）和3-羥基-3-甲基戊二酰還原酶（3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA reductase，HMGR）的作用下生成MVA；隨后經(jīng)甲羥戊酸激酶（mevalonate kinase，MVK）、磷酸甲戊酸激酶（phosphomevalonate kinase，PVK）和甲戊酸二磷酸脫羧酶（mevalonate diphosphate decarboxylase，MVD）的催化焦磷酸化、脫羧作用形成IPP。在MEP途徑中，丙酮酸和甘油醛-3-磷酸首先經(jīng)1-脫氧-D-木酮糖-5-磷酸合酶（1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate synthase，DXS）和1-脫氧-D-木酮糖-5-磷酸還原異構(gòu)酶（1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate reductoisomerase，DXR）的作用轉(zhuǎn)化生成MEP，隨后MEP再經(jīng)一系列酶促反應(yīng)逐步轉(zhuǎn)化為DMAPP[37]，涉及的酶包括2-C-甲基-D-赤蘚糖醇-4-磷脂酰轉(zhuǎn)移酶（2-C-methyl-D-erythritol-4-phosphatecytidyl transferase，ISPD）、4-(胞苷-50-二磷酸)-2-C-甲基-D-赤蘚糖醇激酶[4-(cytidine-50-diphospho)-2-C-methyl-D-erythritol kinase，ISPE]、2-C-甲基-D-赤蘚糖醇-2,4-環(huán)磷酸合酶（2-Cmethyl-D-erythritol-2,4-cyclophosphate synthase，MECPS）、1-羥基-2-甲基-2-(E)-丁烯基-4-二磷酸合成酶[1-hydroxy-2-methyl-2-(E)-butenyl-4-diphosphatesynthase，HDS]和1-羥基-2-甲基-2-(E)-丁烯基-4-二磷酸還原酶 [1-hydroxy-2-methyl-2-(E)-butenyl-4-diphosphate reductase，ISPH]。

1.1 三萜類化合物母核的形成

IPP和DMAPP通過異戊烯基焦磷酸異構(gòu)酶（isopentenyl pyrophosphate isomerase，IPPI）催化下的相互轉(zhuǎn)換是保證三萜母核形成的物質(zhì)基礎(chǔ)[38]。在法尼基焦磷酸合酶（farnesyl pyrophosphate synthase，F(xiàn)PS）作用下，2分子IPP與DMAPP縮合生成倍半萜前體物質(zhì)法尼基焦磷酸（farnesyl diphosphate，F(xiàn)PP）；隨后在角鯊烯合酶（squalene synthase，SS）催化下，2分子FPP頭對(duì)頭縮合生成三萜化合物前體鯊烯。最后，鯊烯通過特定的角鯊烯環(huán)氧酶（squalene epoxidase，SE）環(huán)化生成2,3-氧化鯊烯，

形成四環(huán)或五環(huán)母核結(jié)構(gòu)[38-39]。

1.2 不同類型三萜類化合物的生成

三萜類化合物生物合成的第1個(gè)多樣化步驟是由氧化角鯊烯環(huán)化酶（oxidosqualene cyclase，OSC）家族催化2,3-氧化角鯊烯環(huán)化為不同類別的三萜骨架，隨后這些三萜骨架經(jīng)過氧化、取代和糖基化生成不同種類和功能多樣的三萜類化合物[27]。以達(dá)瑪烷型四環(huán)三萜人參皂苷為例，2,3-氧化角鯊烯先在達(dá)瑪烯二醇II合酶（dammarenediol-II synthase，DS）的作用下生成達(dá)瑪烯二醇，之后經(jīng)細(xì)胞色素P450單加氧酶（cytochrome P450 monooxygenase，CYP450）生成原人參二醇和原人參三醇，最后經(jīng)過糖基轉(zhuǎn)移酶（glycosyltransferase，GTs）修飾生成人參皂苷Rg1、Rb1和三七皂苷R1等三萜類化合物[37]。研究表明，2,3-氧化角鯊烯可在羽扇豆醇合酶（lupeol synthase，LUS）、α-香樹素合酶（alpha-amyrin synthase，α-AS）、β-香樹素合酶（beta-amyrin synthase，β-AS）、羊毛甾醇合酶（lanosterol synthase，LAS）、蒲公英甾烷合酶（taraxacum sterane synthase，TSS）的作用下，經(jīng)環(huán)化催化、羥基化，最終分別生成羽扇豆型皂苷元、熊烷型皂苷元、β-香樹素、羊毛甾烷型皂苷元、蒲公英甾烷型皂苷元；而羽扇豆型皂苷元和羊毛甾烷型皂苷元經(jīng)過多種化學(xué)修飾又可分別形成油酸烷苷元和葫蘆素型苷元，并最終依次經(jīng)過CYP450、GTs家族修飾生成結(jié)構(gòu)和功能多樣的三萜類皂苷[5]。此外，需要注意的是環(huán)阿屯醇合酶（cycloartenol synthase，CAS）則可催化2,3-氧化角鯊烯形成甾體化合物的前體物質(zhì)環(huán)阿屯醇，隨后經(jīng)過一系列的氧化還原反應(yīng)及CYP450官能團(tuán)催化修飾生成甾體皂苷元，并在GTs作用下與糖基縮合形成甾體皂苷[40]。

植物三萜類化合物的生物合成途徑見圖1。

圖1 植物三萜類化合物的生物合成途徑Fig.1 Biosynthetic pathways of triterpenoids in plants

2 植物激素在三萜類化合物生物合成中的作用及調(diào)控機(jī)制

植物激素是植物生長發(fā)育的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，也是響應(yīng)環(huán)境脅迫的調(diào)節(jié)劑，普遍存在于高等植物中。植物激素是植物通過自身代謝產(chǎn)生的，在低濃度下就能產(chǎn)生明顯生理效應(yīng)的一些有機(jī)信號(hào)分子[41]；其在植物生長發(fā)育、繁殖，提高脅迫抗性、代謝產(chǎn)物積累等方面發(fā)揮著重要作用[42]。綜合現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)，茉莉酸及衍生物、水楊酸、脫落酸等植物激素均參與調(diào)控植物三萜類化合物的生物合成，且作用顯著，見表2。

表2 植物激素在三萜類化合物生物合成中的作用Table 2 Roles of phytohormones in biosynthesis of triterpenoids

續(xù)表2

2.1 茉莉酸及其衍生物對(duì)三萜類化合物生物合成的影響及調(diào)控機(jī)制

2.1.1 茉莉酸對(duì)三萜類化合物生物合成的影響及調(diào)控 茉莉酸類植物激素是植物天然生長調(diào)節(jié)劑，主要包括茉莉酸、茉莉酸甲酯、茉莉酸異亮氨酸、12-羥基茉莉酸等環(huán)戊烷酮類衍生物[56]。在植物體內(nèi)茉莉酸及其衍生物主要通過2條途徑合成，即以α-亞麻酸（18∶3）為初始物質(zhì)的十八烷途徑和以十六碳三烯酸（16∶3）為初始物質(zhì)的十六烷途徑[57-58]。茉莉酸作為外源或內(nèi)源信號(hào)分子會(huì)激活復(fù)雜的防御或調(diào)控機(jī)制，影響三萜類化合物生物合成關(guān)鍵酶的活性及編碼基因的表達(dá)，從而促進(jìn)三萜類化合物等次生代謝產(chǎn)物的積累。研究表明，不管茉莉酸是作為外源性激素處理藥用植物，還是因植物本身對(duì)環(huán)境脅迫作出應(yīng)答而使得自身內(nèi)源茉莉酸的含量發(fā)生變化，都會(huì)影響三萜類化合物的生物合成[6,59]。Alsoufi等[17]發(fā)現(xiàn)使用外源茉莉酸處理金盞花毛狀根，可顯著增加齊墩果酸皂苷在毛狀根組織中的積累，與對(duì)照相比升高了20余倍。Rahimi等[6]用外源性茉莉酸對(duì)人參進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)能夠顯著增加人參皂苷的含量；通過過表達(dá)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，過表達(dá)茉莉酸合成關(guān)鍵酶脂氧合酶基因PgLOX6會(huì)導(dǎo)致茉莉酸、茉莉酸甲酯濃度上升，進(jìn)而誘導(dǎo)包括角鯊烯合酶基因SS、角鯊烯環(huán)氧化酶基因SE和達(dá)瑪烯二醇Ⅱ合酶基因DS在內(nèi)的人參皂苷合成關(guān)鍵酶基因上調(diào)表達(dá)，最終促進(jìn)人參皂苷含量提升了約1.4倍。這直接表明茉莉酸參與人參皂苷的生物合成，且為正向調(diào)控。這一觀點(diǎn)進(jìn)一步在懷牛膝中得到證實(shí)，內(nèi)源性茉莉酸可以響應(yīng)L-萘乙酸和6-芐基腺嘌呤的誘導(dǎo)而上調(diào)含量，并進(jìn)而調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子MYB、bHLHs、WRKY和AP2/ERF及三萜類化合物合成關(guān)鍵酶基因3-羥基-3-甲基戊二酰-CoA還原酶基因HMGR、角鯊烯合酶基因SS、角鯊烯環(huán)氧化酶基因SE和β-香樹素合酶基因β-AS表達(dá)量來增加齊墩果酸的積累[59]。研究表明，調(diào)控MYB、AP2/ERF、WRKY、bHLHs、MYC2等轉(zhuǎn)錄組因子表達(dá)是茉莉酸參與調(diào)節(jié)三萜類化合物生物合成的重要途徑之一。Mertens等[28]發(fā)現(xiàn)蒺藜苜蓿bHLHs家族轉(zhuǎn)錄因子TSAR1和TSAR2能響應(yīng)茉莉酸誘導(dǎo)，二者通過與關(guān)鍵酶基因3-羥基-3-甲基戊二酰-CoA還原酶基因HMGR、E3泛素連接酶基因MAKIBISHI1共調(diào)節(jié)并反式激活，從而開啟下游三萜類化合物的生物合成反應(yīng)。此外，對(duì)睡茄轉(zhuǎn)錄因子MYC2上游啟動(dòng)子分析，發(fā)現(xiàn)其存在響應(yīng)茉莉酸誘導(dǎo)區(qū)域，為誘導(dǎo)子/激素特異性順式調(diào)節(jié)元件，通過識(shí)別和結(jié)合存在于三萜類化合物生物合成基因啟動(dòng)子上游區(qū)域，調(diào)節(jié)代謝產(chǎn)物的生物合成[43]。結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子過表達(dá)實(shí)驗(yàn)，三萜類化合物的積累積極正向響應(yīng)轉(zhuǎn)錄因子過表達(dá)，直接說明了茉莉酸誘導(dǎo)、轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)、三萜類化合物生物合成酶活性變化及產(chǎn)物積累之間存在層層遞進(jìn)的關(guān)系。

2.1.2 茉莉酸甲酯對(duì)三萜類化合物生物合成的影響及調(diào)控 茉莉酸甲酯是茉莉酸衍生物，是調(diào)控植物生長和次生代謝產(chǎn)物合成的重要誘導(dǎo)子之一[60]。茉莉酸甲酯在調(diào)控三萜類化合物生物合成方面發(fā)揮著重要作用，使用外源性茉莉酸甲酯處理銀杏懸浮細(xì)胞[22]和西洋參毛狀根[8]，則可以顯著增加油酸、熊烷類三萜以及人參皂苷等三萜類化合物的含量，其中銀杏懸浮細(xì)胞在用0.1 mmol/L茉莉酸甲酯處理18 d后總皂苷質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，為（18.2±1.21）mg/g，比非誘導(dǎo)對(duì)照組高4倍。王康宇等[48]發(fā)現(xiàn)茉莉酸甲酯的添加可以促進(jìn)人參毛狀根中過氧化物酶和過氧化氫酶的酶活性，而這些酶在促進(jìn)植物代謝方面起著十分重要的作用；實(shí)時(shí)熒光定量-聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（quantitative real-time polymerase chain reaction，qRTPCR）實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，茉莉酸甲酯處理會(huì)上調(diào)人參皂苷合成關(guān)鍵酶角鯊烯合酶基因SS、角鯊烯環(huán)氧化酶基因SE、達(dá)瑪烯二醇Ⅱ合酶基因DS和β-香樹素合酶基因β-AS表達(dá)量，在茉莉酸甲酯處理后12 h，SS基因表達(dá)量達(dá)到峰值，為對(duì)照組的8.2倍；處理后24 h，SE表達(dá)量達(dá)到最大值，是對(duì)照組的11.04倍；處理后20 h，DS和β-AS的表達(dá)量最高，分別是對(duì)照組的13.91、12.59倍，且上述基因的表達(dá)趨勢(shì)與過氧化物酶、過氧化氫酶酶活性變化趨勢(shì)基本一致。李春曉[30]用0.5 mmol/L茉莉酸甲酯處理白樺幼樹后，發(fā)現(xiàn)白樺葉片不但提高了植物光合作用，還顯著促進(jìn)了白樺葉片中總?cè)圃碥蘸康姆e累，最高達(dá)107.27 mg/g；提高茉莉酸甲酯濃度至1 mmol/L，則在第1天的莖皮中，三萜類化合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（81.86 mg/g）達(dá)到最大值，與對(duì)照相比增加了146%；qRT-PCR實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步表明，白樺幼樹葉片中的法尼基焦磷酸合成酶基因FPS可以響應(yīng)茉莉酸甲酯誘導(dǎo)而顯著上調(diào)表達(dá)，在1 mmol/L茉莉酸甲酯誘導(dǎo)7 d時(shí)，F(xiàn)PS基因相對(duì)表達(dá)量達(dá)到峰值的1.44倍。茉莉酸甲酯對(duì)細(xì)胞色素P450單加氧酶基因CYP450的表達(dá)同樣具有很強(qiáng)的誘導(dǎo)作用，并在不同時(shí)間點(diǎn)表現(xiàn)出不同的轉(zhuǎn)錄水平，而在植物中CYP450家族常常是三萜類化合物生物合成多樣性的主要貢獻(xiàn)者之一[46,61-62]。另有研究表明，三萜類化合物生物合成關(guān)鍵酶基因啟動(dòng)子亦可響應(yīng)茉莉酸甲酯誘導(dǎo)而上調(diào)表達(dá)，0.25 mmol/L茉莉酸甲酯處理西洋參，角鯊烯合酶基因啟動(dòng)子平均誘導(dǎo)率高達(dá)2 435.4倍，并影響最終產(chǎn)物的積累[8]。

同茉莉酸一樣，調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)也是茉莉酸甲酯誘導(dǎo)三萜類化合物生物合成重要的途徑之一，相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子包括WRKY、MYB和MYC2等。基于現(xiàn)有研究歸納分析，在茉莉酸甲酯誘導(dǎo)下，WRKY、MYB和MYC2等轉(zhuǎn)錄因子及關(guān)鍵酶基因啟動(dòng)子會(huì)同時(shí)上調(diào)表達(dá)，且二者的互作結(jié)合明顯加強(qiáng)，從而上調(diào)關(guān)鍵酶基因表達(dá)量，進(jìn)而提高三萜類化合物的積累。目前已在熊膽草[45]、人參[47]、睡茄[43]等藥用植物中得到證實(shí)，熊膽草中轉(zhuǎn)錄因子CbWRKY 24可響應(yīng)茉莉酸甲酯誘導(dǎo)，并在啟動(dòng)子序列中發(fā)現(xiàn)了茉莉酸甲酯響應(yīng)元件；通過對(duì)轉(zhuǎn)錄因子CbWRKY 24過表達(dá)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，瞬時(shí)轉(zhuǎn)化株中MVA途徑關(guān)鍵酶基因3-羥基-3-甲基戊二酰-CoA還原酶基因HMGR、法尼基焦磷酸合酶基因FPS、角鯊烯環(huán)氧化酶基因SE和β-香樹素合酶基因β-AS會(huì)顯著上調(diào)表達(dá)，從而提高熊膽草總皂苷含量。人參須根中的轉(zhuǎn)錄因子MYB2在0.1 mmol/L茉莉酸甲酯誘導(dǎo)下最高可上調(diào)4.66倍，并通過啟動(dòng)與達(dá)瑪烯二醇Ⅱ合酶DS啟動(dòng)子結(jié)合機(jī)制，從而上調(diào)DS基因表達(dá)，進(jìn)而影響人參皂苷的積累。

2.2 水楊酸對(duì)三萜類化合物生物合成的影響及調(diào)控

水楊酸是植物體內(nèi)普遍存在的一種小分子酚類化合物，主要通過異分支酸合酶途徑和苯丙氨酸解氨酶途徑合成[63]。水楊酸參與調(diào)節(jié)植物體內(nèi)多種生理生化過程，主要包括提高植物生物或非生物脅迫抗性、調(diào)控植物次生代謝物的生物合成[64]。研究發(fā)現(xiàn)，使用水楊酸處理爪哇人參不定根[7]、光果甘草[26]，可以分別顯著提高三萜皂苷、甘草酸1.3、4.1倍，效果顯著。同茉莉酸、茉莉酸甲酯作用方式類似，水楊酸主要通過調(diào)控三萜類化合物生物合成關(guān)鍵酶、抗氧化酶活性、編碼基因表達(dá)量、轉(zhuǎn)錄因子及啟動(dòng)子活性等方式來影響目標(biāo)產(chǎn)物積累。Mo等[49]發(fā)現(xiàn)，經(jīng)水楊酸處理的海葵根莖，關(guān)鍵酶CYP450和GTs活性會(huì)受到顯著影響，相比于對(duì)照均有所增幅，從而調(diào)控三萜皂苷的生物合成。利用水楊酸處理人參[34]、靈芝[13-14]，發(fā)現(xiàn)人參中的過氧化物酶、超氧化物歧化酶和過氧化氫酶的活性增強(qiáng)，靈芝中的靈芝酸合成關(guān)鍵酶基因3-羥基-3-甲基戊二酰-CoA還原酶基因HMGR、角鯊烯合酶基因SS和羊毛甾醇合酶基因LAS表達(dá)量顯著上調(diào)，分別為4.2、119.6、3.2倍，并提高了人參皂苷、靈芝酸的積累，與對(duì)照相比，分別提高了0.324%、23.32%。此外，水楊酸還可以通過抑制線粒體復(fù)合物III活性以增加活性氧的生成，從而誘導(dǎo)靈芝中靈芝酸過量產(chǎn)生[15]。

水楊酸對(duì)轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控是影響三萜類化合物生物合成的重要機(jī)制之一。對(duì)經(jīng)水楊酸處理后的樺木幼苗研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)錄因子MYB家族的2條基因BpMYB21和BpMYB61啟動(dòng)子均含有植物激素響應(yīng)元件，如ABRE、CGTCA、TCA和GARE基序，這表明BpMYB21和BpMYB61會(huì)受到包括水楊酸在內(nèi)的植物激素的誘導(dǎo)，隨后通過調(diào)節(jié)關(guān)鍵酶基因角鯊烯合酶基因SS和角鯊烯環(huán)氧化酶基因SE的表達(dá)，從而調(diào)控三萜類化合物的生物合成[44]，但具體的影響機(jī)制仍需進(jìn)一步研究和明確。

2.3 其他植物激素對(duì)三萜類化合物生物合成的影響及調(diào)控

目前關(guān)于植物激素調(diào)控三萜類化合物生物合成的研究多集中在水楊酸、茉莉酸及衍生物這2大類植物激素，除此以外，脫落酸、赤霉素、生長素、乙烯等植物激素對(duì)三萜類化合物的生物合成同樣具有積極的促進(jìn)作用。Li等[52]分別施用40 mg/L赤霉素、生長素處理甘草，在8個(gè)采樣周期中，赤霉素處理組中甘草根甘草酸含量分別提高了22.73%、12.42%、34.73%、69.02%、22.34%、14.66%、36.43%、12.09%；生長素處理組甘草酸含量提高了18.40%、6.20%、18.93%、33.86%、24.20%、13.03%、30.03%、4.23%，處理效果稍弱于赤霉素組。此外，脫落酸和細(xì)胞分裂素也有類似效果。Linh等[9]、Kochan等[53]使用外源性脫落酸誘導(dǎo)越南三七、西洋參毛狀根不定根，發(fā)現(xiàn)HMGR啟動(dòng)子活性增加，總?cè)藚⒃碥蘸康玫斤@著提高，但對(duì)不同單體人參皂苷含量的影響則不盡相同，原人參二醇衍生物（Rb組皂苷，包括人參皂苷Rb1、Rb2、Rb3、Rc、Rd）的含量急劇下降；原人參三醇衍生物（Rg組皂苷，包括Rg1、Rg2、Re）的含量則大幅增加，并隨著脫落酸濃度的升高而逐步增加。Mansouri等[54]以大麻為研究材料，發(fā)現(xiàn)外源赤霉素會(huì)降低DXS酶活性、增強(qiáng)HMGR酶活性，從而提高角鯊烯和植物甾醇含量。Yin等[51]發(fā)現(xiàn)白樺中氧化角鯊烯環(huán)化酶家族基因BpCAS和Bpβ-AS會(huì)響應(yīng)植物激素脫落酸、赤霉素和乙烯誘導(dǎo)上調(diào)表達(dá)，抑制Bpβ-AS基因表達(dá)能正調(diào)控樺木酸的合成，而BpCAS基因干擾則可以顯著促進(jìn)羽扇豆醇合酶基因和β-香樹脂醇合酶基因上調(diào)表達(dá)及2,3-氧化角鯊烯向下游產(chǎn)物樺木酸和齊墩果酸的轉(zhuǎn)化。Li等[55]在生長素處理蓖麻葉片實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，生長素處理能明顯誘導(dǎo)羽扇豆醇關(guān)鍵酶基因3-羥基-3-甲基戊二酰-CoA還原酶基因HMGR和羽扇豆醇合酶基因LUS的表達(dá)水平，進(jìn)而提高蓖麻葉片中羽扇豆醇的含量，是羽扇豆醇生物合成的正調(diào)節(jié)劑。綜上所述，脫落酸、赤霉素、生長素等茉莉酸、茉莉酸衍生物、水楊酸以外的植物激素主要通過調(diào)控關(guān)鍵酶活性、關(guān)鍵酶基因差異表達(dá)、增強(qiáng)啟動(dòng)子活性等途徑來調(diào)控三萜類化合物的積累，但具體的調(diào)控機(jī)制仍不明確。

2.4 植物激素間的相互作用對(duì)三萜類化合物生物合成的影響

茉莉酸、茉莉酸甲酯、水楊酸等植物激素除可單獨(dú)誘導(dǎo)、調(diào)控三萜類化合物生物合成外，還可通過協(xié)同調(diào)節(jié)來增強(qiáng)調(diào)控作用。隨著對(duì)植物激素信號(hào)網(wǎng)絡(luò)機(jī)制的研究，發(fā)現(xiàn)茉莉酸在植物激素信號(hào)串?dāng)_中占重要地位，被認(rèn)為是植物激素信號(hào)網(wǎng)絡(luò)中的核心信號(hào)[65]，與水楊酸、脫落酸、生長素等相互作用協(xié)同調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育、脅迫抗性、次級(jí)代謝產(chǎn)物合成[56,66-68]。在茉莉酸介導(dǎo)信號(hào)通路中，茉莉酸ZIM結(jié)構(gòu)域蛋白（jasmonate ZIM-domain protein，JAZ）、SCF(COI1)復(fù)合體和轉(zhuǎn)錄因子MYC均為核心組成部分，起著激活茉莉酸信號(hào)通路的作用[69-70]。其主要機(jī)制是植物中的茉莉酸衍生物茉莉酸異亮氨酸的內(nèi)源性水平在應(yīng)激條件下被激活，當(dāng)植物體內(nèi)的茉莉酸異亮氨酸含量升高時(shí)會(huì)被SCF(COI1)復(fù)合體感知，隨后SCF(COI1)復(fù)合體在26S蛋白酶體的作用下與JAZ結(jié)合進(jìn)行泛素化和降解，導(dǎo)致下游轉(zhuǎn)錄因子MYC的釋放，進(jìn)而激活茉莉酸反應(yīng)[65]。轉(zhuǎn)錄因子MYC家族中的MYC2和MYC3通過激活1個(gè)大型轉(zhuǎn)錄因子網(wǎng)絡(luò)形成動(dòng)態(tài)茉莉酸響應(yīng)，包括各種潛在的耦合前饋和反饋回路[71]，從而將各個(gè)植物激素緊密相連，共同作用調(diào)節(jié)植物防御和生長，但具體的調(diào)控通路和機(jī)制仍需進(jìn)一步研究。研究證實(shí)，外源性茉莉酸會(huì)使得JAZ蛋白降解，從而激活MYC2的轉(zhuǎn)錄活性，提高促進(jìn)萜類合成酶的表達(dá)，進(jìn)而提高三萜類化合物的積累[72]。此外，轉(zhuǎn)錄因子MYC2在茉莉酸和水楊酸交互中發(fā)揮著重要作用，可以通過與其他轉(zhuǎn)錄組因子結(jié)合來抑制內(nèi)源性水楊酸合成[73]。這也直接說明實(shí)施加外源性茉莉酸作為處理手段時(shí)，內(nèi)源性植物激素的平衡會(huì)被打破，從而影響植物生理進(jìn)程。相反，一定濃度的水楊酸則可誘導(dǎo)茉莉酸合成關(guān)鍵酶基因脂氧合酶基因LOX表達(dá)上調(diào)，從而促進(jìn)茉莉酸積累，并顯著上調(diào)表達(dá)人參三萜類化合物生物合成酶基因法尼基焦磷酸合酶基因FPS和異戊烯基焦磷酸異構(gòu)酶基因IPPI[50]。事實(shí)上，植物激素之間的信號(hào)串?dāng)_已成為植物控制其誘導(dǎo)植物次生代謝的重要機(jī)制，在調(diào)控三萜類化合物的生物合成中，這些植物激素處于一種動(dòng)態(tài)平衡，相互影響和促進(jìn)，但調(diào)控機(jī)制復(fù)雜，需要進(jìn)一步研究和明確。

2.5 三萜類化合物生物合成響應(yīng)植物激素誘導(dǎo)的調(diào)控機(jī)制

對(duì)現(xiàn)有的研究進(jìn)行歸納分析，植物激素主要從4個(gè)方面影響三萜類化合物的生物合成和積累，分別為影響關(guān)鍵酶活性、關(guān)鍵酶基因差異表達(dá)、調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子和啟動(dòng)子活性、植物激素間協(xié)同交互，基于此，本文繪制了三萜類化合物生物合成響應(yīng)植物激素誘導(dǎo)的調(diào)控機(jī)制模型圖（圖2），以便更好地的理解和分析。然而不同種類的三萜類化合物對(duì)植物激素誘導(dǎo)的影響不盡相同，且與外界因素密切相關(guān)，整個(gè)調(diào)控過程是一個(gè)非常復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)調(diào)控，需要更深層次的研究和探討。此外，在探討植物激素與植物激素、植物激素與三萜類化合物積累之間的關(guān)系時(shí)，濃度是其中的一個(gè)關(guān)鍵問題，“量”決定“效”，明確它們之間的量效關(guān)系是明確調(diào)控機(jī)制并應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐的前提基礎(chǔ)。

圖2 三萜類化合物生物合成響應(yīng)植物激素誘導(dǎo)的調(diào)控機(jī)制模型Fig.2 Model of regulatory mechanism of biosynthesis of triterpenoids in response to induction of planthormones

3 結(jié)語與展望

諸多植物三萜類化合物均具有重要藥理功能和藥用價(jià)值，市場(chǎng)需求巨大，然而傳統(tǒng)的藥用植物生長周期長、目標(biāo)三萜類化合物含量低，且易受外界環(huán)境的影響，極大限制了三萜類化合物的獲取和應(yīng)用。因此，利用安全有效地生物手段增加藥用植物三萜類化合物的含量已成為現(xiàn)代研究的熱點(diǎn)，而使用植物激素誘導(dǎo)則是最具可行性的手段之一。然而由于三萜類化合物種類繁多、功能多樣，植物激素調(diào)控復(fù)雜，彼此影響，目前對(duì)三萜類化合物生物合成響應(yīng)植物激素調(diào)控機(jī)制的研究仍處于探索階段。在今后的研究中，要明確目標(biāo)三萜類化合物的代謝通路，通過轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白組學(xué)等生物技術(shù)手段明確關(guān)鍵酶活性、編碼基因表達(dá)量、轉(zhuǎn)錄因子、啟動(dòng)子活性等對(duì)不同種類、不同濃度植物激素誘導(dǎo)的響應(yīng)狀況，確定產(chǎn)物積累與激素濃度之間的量效關(guān)系，從而為獲取更多目標(biāo)三萜類化合物，闡明相應(yīng)機(jī)制奠定基礎(chǔ)。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突