多胺 (Polyamines, PAs)是一类含有两个或两个以上氨基的高活性小分子脂肪族化合物，广泛分布在原核生物和真核生物中。腐胺(Putrescine, Put)、亚精胺(Spermidine, Spd)和精胺(Spermine, Spm)是植物体内最常见且较早被发现的多胺。热精胺(Thermospermine, T-Spm)是Spm的结构异构体，在高等植物中也是普遍存在的。多胺在细胞分裂、维管发育、种子萌发、果实成熟、衰老等植物生长发育过程，以及生物胁迫和非生物胁迫响应中发挥重要作用。
近日，华中农业大学园艺林学学院、果蔬园艺作物种质创新与利用全国重点实验室刘继红课题组，和华南农业大学生命科学学院、亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室陶利珍/刘太波课题组合作在中科院一区TOP期刊JIPB上发表题为“Polyamines: the valuable bio-stimulants and endogenous signaling molecules for plant development and stress response”的特约综述论文 (https://doi.org/10.1111/jipb.13796)。
多胺稳态 (PA balance) 的维持对植物生长发育和抗逆性具有至关重要的作用。植物体内多胺稳态主要通过其合成 (PA biosynthesis) 与代谢途径 (PA catabolism) 的动态调节来维持 (图1)。
图 1. 多胺合成与代谢途径精确调控植物体内的多胺稳态
外源多胺处理可以增加内源多胺的积累，进而影响多胺氧化酶 (PAO) 的活性。多胺在PAO的作用下会产生H2O2，后者作为重要的信号分子参与植物的耐盐、耐旱、耐水淹、耐重金属、耐高温和低温、及高光强等抗性反应过程。同时，H2O2是一把“双刃剑”，它的过度积累可能会导致活性氧大爆发ROS，进而触发程序性细胞死亡 (PCD) 等过程，严重时会造成细胞死亡、伤害植物 (图2)。
图 2. 外源多胺处理提高内源多胺含量从而增强植物的抗逆性
多胺可与乙烯、NO等信号分子互作，调控包括果实发育、叶片发育、种子萌发、胚轴伸长、籽粒大小等植物生长发育过程 (图3)。
图 3. 多胺、乙烯、NO互作调控植物生长发育
总之，本文系统的总结了多胺在植物体内的合成、代谢、转运、分布，多胺稳态的调节，及其在植物生长发育和抗逆上的调控作用，为实现作物精准分子设计育种提供理论基础。
华南农业大学的刘太波副教授为论文的第一作者和共同通讯作者，华中农业大学的屈婧、华南农业大学的硕士研究生方茵茵和杨海珊为共同第一作者，华中农业大学的刘继红教授为通讯作者。华南农业大学的陶利珍教授为该工作提供了宝贵的支持与指导。本研究得到了国家重点研发计划、“十四五”广东省农业科技创新十大主攻方向“揭榜挂帅”项目、国家自然科学基金、广东省自然科学基金项目的资助。
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