叶酸协调代谢组学和转录组学的重编程，从而增强金线莲（Dendrobium officinale）的生长可塑性、光合效率、黄酮类化合物的生物合成以及糖基化过程

《Plant Stress》：Folic Acid Coordinates Metabolomic and Transcriptomic Reprogramming to Enhance Growth Plasticity, Photosynthetic Efficiency, Flavonoid Biosynthesis, and Glycosylation in Dendrobium officinale

本研究通过 folate (FA) foliar 处理探究其对石斛（Dendrobium officinale）生长、光合效率、抗氧化能力及代谢调控的影响。结果表明，FA 显著促进茎伸长（24.6%）、增强低光条件下光合系统 II (PSII) 效率（Fv/Fm、Y(II)↑，Y(NPQ)↓），提升抗氧化活性（DPPH/ABTS 活性增加 15.6%/14.9%），并诱导总黄酮含量增加 61.5%。代谢组学分析揭示 FA 通过调控苯丙氨酸/酪氨酸积累、激活 CHS 基因及特异性糖基转移酶表达，实现黄酮糖苷化代谢重编程。转录组学验证了 FA 对黄酮合成相关通路（如苯丙烷类、黄酮类）及抗氧化相关基因（如 GPX、SOD）的调控作用。研究为优化阴生药用植物栽培提供新策略。

　　本研究聚焦于一种名为“石斛”（Dendrobium officinale）的药用兰科植物，探讨叶面施用叶酸（Folic Acid, FA）对其生长特性、光合效率、抗氧化能力和代谢重编程的影响。石斛因其富含生物活性成分而被广泛应用于传统医学和现代营养学中，但其野生种群数量稀少，且对环境变化极为敏感，导致其栽培难度较大。为了提高其种植效率和药材质量，研究团队通过实验手段分析FA对石斛生理和代谢的影响，旨在为该类植物的可持续种植提供新的思路和方法。

叶酸是一种水溶性维生素，在植物的营养代谢和应激反应中发挥关键作用。尽管已有研究证明叶酸能够促进植物的生长、提高作物产量，并增强抗氧化能力，但关于其在石斛中的作用仍缺乏系统性的探索。研究者通过为期16周的叶面喷施实验，采用5 mg·L?1的FA浓度，观察其对石斛生长参数、光合性能、抗氧化能力和代谢物组成的影响。实验结果显示，FA显著提升了石斛的生长可塑性，具体表现为促进新芽均匀分布在植体上、增加植竿长度24.6%以及提高采收后植体的再生成能力。这些发现表明，FA不仅能够改善植物的生长状态，还能增强其对环境胁迫的适应能力。

在光合性能方面，FA的施用显著改善了石斛在低光条件下的光合效率。通过叶绿素荧光参数的测定，研究团队发现FA处理后的植株PSII最大光量子产率（Fv/Fm）和实际光化学效率（Y(II))均有所提高，同时减少了受控非光化学淬灭（Y(NPQ))，这表明FA有助于提高光能转化效率，并优化光保护机制。值得注意的是，这些改善效果在高光条件下并不明显，提示FA可能主要在低光环境中发挥作用，有助于植物在弱光条件下维持正常的光合功能。

此外，FA对石斛的抗氧化能力也产生了显著影响。通过DPPH和ABTS自由基清除活性的检测，发现FA处理组的抗氧化能力比对照组提高了15.6%和14.9%。这表明FA能够增强石斛体内的抗氧化系统，使其更有效地应对氧化应激。进一步的代谢组学分析显示，FA显著提升了石斛中总黄酮类物质的含量，增幅达到61.5%。黄酮类物质是植物中重要的次生代谢产物，具有较强的抗氧化和抗炎作用，其增加可能与FA对黄酮类物质合成前体（如苯丙氨酸和酪氨酸）的积累、关键合成酶（如查尔酮合成酶，CHS）的上调以及糖基转移酶（Glycosyltransferases, GTs）的特异性激活有关。这些机制共同作用，使得黄酮类物质的生物合成路径得到强化，从而提高了其在植物体内的浓度。

从转录组学的角度来看，FA处理组与对照组之间的基因表达差异显著。研究团队发现，多个与黄酮类物质合成相关的基因在FA处理后表现出上调趋势，尤其是CHS基因。这些基因的表达变化不仅影响了黄酮类物质的合成，还与糖基转移酶的表达模式密切相关。通过qRT-PCR验证，部分GT基因的表达水平确实被FA显著上调，这表明FA可能通过调控这些基因的表达，间接影响黄酮类物质的糖基化过程。糖基化是一种重要的代谢修饰，能够增强黄酮类物质的水溶性、稳定性和生物活性，使其更易被人体吸收并发挥药理作用。

研究还发现，FA对其他代谢物的积累也有一定影响。例如，总酚类物质、氨基酸和多糖等物质的含量均有所提升，但这种提升并非普遍发生，而是具有选择性。具体而言，FA促进了总酚类物质和氨基酸的积累，而对多糖的合成没有明显影响。这一现象提示，FA可能更倾向于激活与抗氧化和应激响应相关的代谢路径，而不是广泛促进所有次生代谢物的合成。因此，FA的应用可以在不改变石斛多糖含量的前提下，提升其药用价值。

从整体来看，FA的作用机制呈现出多层次和多路径的特点。它不仅能够通过增加前体物质的积累和关键合成酶的表达来促进黄酮类物质的合成，还能通过调控糖基转移酶的活性，优化黄酮类物质的结构和功能。这种精准的代谢调控机制使得FA在石斛的栽培过程中展现出独特的优势，能够同时提高植物的抗逆性和药用成分的含量。因此，FA的应用为石斛的高效栽培和品质提升提供了新的策略。

在探讨FA对石斛的影响时，研究团队还考虑了其与植物激素信号通路之间的潜在关系。植物激素在调控代谢过程和应激反应中发挥重要作用，而FA可能通过与这些激素信号通路的相互作用，间接影响黄酮类物质的合成和修饰。例如，某些与生长素、赤霉素或脱落酸相关的基因可能在FA处理过程中发生表达变化，从而影响植物的整体代谢格局。然而，目前尚不清楚FA是否直接参与这些激素信号通路的调控，还是通过间接途径影响代谢物的积累。因此，未来的研究需要进一步探讨FA与植物激素之间的相互作用，以全面揭示其在植物代谢调控中的分子机制。

此外，FA对代谢物糖基化模式的影响也值得深入研究。糖基化是一种复杂的代谢过程，涉及多种糖基转移酶的协同作用。研究发现，FA处理后的石斛中，黄酮类物质的糖基化比例显著增加，而其他代谢物（如单宁和核苷酸衍生物）的糖基化则有所下降。这种选择性调控可能与FA对UDP-糖供体的分配有关，即FA可能优先促进与黄酮类物质合成相关的糖基转移酶的表达，从而在代谢物的修饰过程中实现特定的优化。然而，这种选择性调控的具体机制尚未完全阐明，需要进一步的实验验证。

总体而言，FA在石斛的栽培中展现出多重功能。它不仅能够改善植物的生长特性，如促进新芽形成、增加茎秆长度和提升采收后的再生能力，还能优化光合性能，增强抗氧化能力，并显著提升黄酮类物质的积累。这些作用机制的综合分析表明，FA在石斛的生理和代谢调控中扮演着重要角色，其应用有望成为提高石斛质量和产量的有效手段。然而，为了进一步推动FA在药用植物栽培中的应用，还需要深入研究其与植物激素信号通路的关系，以及其在不同环境条件下的作用机制。这些研究不仅有助于理解FA的生物学功能，还能为药用植物的可持续发展提供科学依据。