東北地理所在重要次生代謝產物合成調控與植物抗逆研究中取得系列進展
近日，中國科學院東北地理與農業生態研究所（東北地理所）大豆次生代謝與營養團隊在蛋白翻譯后修飾（PTMs）調控植物次生代謝產物合成以及植物逆境脅迫適應領域取得重要進展，相關成果發表在New Phytologist、Trends in Plant Science、Horticulture Research等領域頂尖期刊。
東北地理所尹小建研究員團隊與中國藥科大學齊煉文教授團隊聯合在藥用植物丹參（Salvia miltiorrhiza）次生代謝調控研究中取得突破。研究團隊通過整合代謝組、蛋白質組與磷酸化蛋白質組學分析，系統解析了丹參不同器官中丹參酮類成分積累與蛋白質表達譜的關聯，首次鑒定出絲裂原活化蛋白激酶SmMAPK4可通過磷酸化修飾bHLH家族轉錄因子SmBTS1，進而激活丹參酮生物合成關鍵基因SmCPS1的表達，最終顯著提升丹參酮產量。該研究不僅揭示了蛋白質磷酸化在丹參酮合成中的上游調控機制，也為利用激酶工程與轉錄因子調控培育高產丹參酮丹參種質資源提供了關鍵靶點與理論依據。相關成果已在線發表于植物學國際知名期刊《New Phytologist》（https://doi.org/10.1111/nph.70825）。
圖1. SmMAPK4-SmBTS1-SmCPS1促進丹參酮合成作用模式圖
中國藥科大學博士研究生張家豪、已畢業碩士研究生王曉曉為論文的共同第一作者；中國科學院東北地理所尹小建研究員、馮獻忠研究員、中國藥科大學齊煉文教授、美國德克薩斯理工大學Luis Herrera-Estrella教授和Lam-Son Phan Tran教授為論文的共同通訊作者。中國藥科大學陸續教授、中國科學院東北地理所李偉強教授、劉艷杰研究員也為本課題的開展提供了幫助與指導。本研究獲得國家自然科學基金（82173918）及中國科學院東北地理與農業生態研究所黑土地保護與利用重點實驗室青年科學家創新基金（2023HTDGZ-QN-02）的資助。
團隊進一步以MAPK regulates secondary metabolism and abiotic stress in horticultural and medicinal?plants為題系統闡述了以絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）級聯為核心的磷酸化網絡如何將鹽、旱、溫度等非生物脅迫信號與次生代謝重編程相連接，涵蓋MAPK家族組成與系統發育、逆境響應機制，以及其對苯丙烷類、萜類、生物堿等多類次生代謝產物積累的調控模式與作用機制。提出MAPK是實現“抗逆—品質”耦合調控的重要橋梁，為分子設計育種與代謝工程提供了更具可操作性的策略框架。相關成果發表在 Horticulture Research。
圖2. MAPK調控藥用植物活性成分合成的作用模式圖
團隊以Nonhistone deacetylation: a switch for crop resilience為題發表于Trends in Plant Science的 Spotlight文章指出，組蛋白去乙酰化酶（HDAC）介導的非組蛋白去乙酰化在作物逆境響應中充當重要的分子開關。在小麥中，組蛋白去乙酰化酶TaHDA8通過去乙酰化轉錄因子TaAREB3抑制根系伸長，從而負調控抗旱性，但干旱脅迫會抑制TaHDA8的蛋白豐度；組蛋白去乙酰化酶TaSRT1通過去乙酰化熱激蛋白TaHSP18.6抑制生長素信號，進而負調控鐮刀菌冠腐病抗性，而病原侵染同樣會降低TaSRT1的蛋白豐度。由此，生物脅迫與非生物脅迫觸發的“去乙酰化作用解除”可作為提升作物抗逆性的調控開關，為抗逆育種提供了可模塊化利用的新靶點。
圖3. 組蛋白去乙酰化酶（HDACs）介導的非組蛋白去乙酰化調控小麥對干旱與鐮刀菌冠腐病的響應
在上述論文中，中國科學院東北地理與農業生態研究所邢明慧特別研究助理作為第一作者在《Trends in Plant Science》發表論文，并作為共同通訊作者在《Horticulture Research》發表論文；碩士研究生劉雙璐為《Horticulture Research》論文第一作者。尹小建研究員為上述論文的通訊作者，李偉強研究員為《Trends in Plant Science》論文的共同通訊作者。上述論文還得到美國德州理工大學 Lam-Son Phan Tran教授、河南大學張驍教授及程凱副教授、鄭州大學趙雪潔博士等的支持與幫助。研究工作獲得國家重點研發計劃（2024YFD1502400）和中國科學院東北地理與農業生態研究所青年科學家團隊項目（2023HTDGZ-QN-02）等項目聯合資助。
論文信息：
1, Zhang J, Wang X, Liu S, Teng Y, Chen X, Du J, Alolga RN, Lu X, Liu Y, Li W, Tran LP, Herrera-Estrella L, Feng X, Qi LW, Yin X. Discovery of the roles of SmMAPK4 in regulating tanshinone biosynthesis in Salvia miltiorrhiza. New Phytol. 2025 Dec 19. doi: 10.1111/nph.70825.
2, Xing M, Tran LP, Li W, Yin X. Nonhistone deacetylation: a switch for crop resilience. Trends in Plant Science. 2025 Dec 26:S1360-1385(25)00361-9. doi:10.1016/j.tplants.2025.12.007
3, Liu S, Xing M, Yin X. MAPK regulates secondary metabolism and abiotic stress in horticultural and medicinal plants. Horticulture Research. 2025: uhaf350. doi:10.1093/hr/uhaf350
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