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在植物研究领域，多胺对药用植物次生代谢产物合成的调控机制尚不明确。研究人员以胡麻（Linum album）细胞为对象，探究腐胺（Put）对木脂素生物合成的影响。结果发现 Put 可通过 H2O2、NO 和 Ca2+信号通路调控相关基因表达和木脂素合成。该研究为植物次生代谢调控提供新见解。
在植物的生长过程中，多胺（PAs）作为一类小的含氮多阳离子代谢物，广泛参与植物的各种生理活动，像胚胎发育、花朵绽放、衰老进程以及果实成熟等都有它的身影。而且，在植物抵御不利环境时，多胺也发挥着重要作用。然而，尽管多胺在植物生理中的作用逐渐被揭示，但它对药用植物中次生代谢产物合成的调控机制，却如同隐藏在迷雾之中，让科研人员难以看清。
木脂素，作为一类具有重要生物活性的酚类化合物，不仅能帮助植物抵御外界不良环境，还具备抗菌、抗病毒和抗癌等多种特性，在医药领域有着巨大的应用潜力。胡麻（Linum album）中的鬼臼毒素（PTOX）和 6 - 甲氧基鬼臼毒素（6MPTOX）是重要的木脂素成分，之前的研究虽发现多胺尤其是腐胺（Put）能促进它们的产生，但背后的具体机制却无人知晓。为了揭开这层面纱，来自伊朗 Tarbiat Modares 大学等机构的研究人员展开了深入研究，相关成果发表在《Scientific Reports》上。
研究人员采用了细胞培养技术、抑制剂处理实验以及基因表达分析等多种关键技术方法。首先，他们精心培养胡麻细胞，通过向培养基中添加不同浓度的腐胺，观察细胞的生长和木脂素含量的变化。接着，运用抑制剂阻断特定的信号通路，以此来探究这些通路在腐胺调控木脂素合成过程中的作用。最后，借助基因表达分析技术，检测相关基因的表达水平，从分子层面揭示腐胺的调控机制。
确定腐胺的最佳浓度
研究人员用 0.1 mM、0.2 mM 和 0.5 mM 的腐胺处理胡麻细胞 72 小时。结果显示，0.1 mM 腐胺处理的细胞相对干重增加率（RDIR）与对照组无显著差异，而 0.2 mM 和 0.5 mM 处理组的 RDIR 显著下降。不过，0.1 mM 和 0.2 mM 腐胺能显著提高 PTOX 和 6MPTOX 的含量，0.5 mM 时则无变化。综合考虑，研究人员选择 0.1 mM 作为后续研究的腐胺浓度。
腐胺作用下 H2O2含量的变化
用 0.1 mM 腐胺处理胡麻细胞后，研究人员发现 H2O2含量在处理 12 小时内显著增加，6 小时时达到峰值，是对照组的 2.5 倍，之后逐渐下降，24 小时后恢复到对照水平。当用二胺氧化酶（DAO）抑制剂氨基胍（AG）和 NADPH 氧化酶（NOX）抑制剂咪唑预处理细胞后，H2O2含量相对单独用腐胺处理时均下降了 28%。此外，细胞外 Ca2+螯合剂乙二醇双（β - 氨基乙基醚） - N，N，N'，N' - 四乙酸（EGTA）以及 NO 生成抑制剂 N? - 硝基 - L - 精氨酸甲酯（L - NAME）和钨酸钠（TUN）也会抑制腐胺诱导的 H2O2积累，其中 L - NAME 使 H2O2含量减少了一半。这表明在胡麻细胞中，NOX 和 DAO 酶都参与了腐胺诱导的 H2O2生成过程。
腐胺作用下 NO 生成的波动
腐胺处理胡麻细胞的过程中，NO 含量在前 12 小时内随时间增加，6 小时时达到最高值，几乎是未处理细胞的两倍，之后逐渐下降至对照水平。使用 L - NAME 和 TUN 分别使腐胺诱导的 NO 生成减少了 30% 和 20%。同时，研究发现 H2O2和 Ca2+信号通路也会影响腐胺诱导的 NO 生成，用 EGTA、AG、咪唑处理细胞后，NO 含量均有所下降。这说明在胡麻细胞中，硝酸盐还原酶（NR）和一氧化氮合酶样（NOS - like）酶参与了腐胺诱导的 NO 生成，且 H2O2和 Ca2+信号通路与 NO 生成密切相关。
腐胺作用下胞质游离 Ca2+水平的变化
实验结果表明，用腐胺处理胡麻细胞 5 分钟内，fura - 2 AM 荧光发射强度迅速增加，几乎是对照细胞的 2.5 倍，且至少在 20 分钟内保持稳定。用 EGTA 预处理细胞，会使腐胺诱导的 fura - 2 AM 荧光发射强度在处理 5 分钟后大幅抑制 45%。同样，L - NAME 处理也有类似效果，AG、咪唑和 TUN 预处理则会适度降低荧光发射强度。这表明腐胺能引起胡麻细胞胞质游离 Ca2+水平快速上升，且 H2O2、NO 和 Ca2+信号通路之间存在相互作用。
腐胺诱导 SA 积累
研究发现，在腐胺处理 6 - 24 小时内，胡麻细胞中水杨酸（SA）含量随时间逐渐增加。用 EGTA、AG、咪唑、L - NAME 和 TUN 预处理细胞后，SA 含量相较于单独用腐胺处理的细胞有所降低。这说明腐胺能诱导胡麻细胞积累 SA，且 H2O2、NO 和 Ca2+信号通路参与了这一过程。
外源性腐胺对内生多胺含量的影响
HPLC 检测结果显示，腐胺处理后，胡麻细胞内的 Put、亚精胺（Spd）和精胺（Spm）水平随时间增加。其中，内源性 Put 在处理 12 小时后开始增加，48 小时达到峰值，提高了 41%；Spd 和 Spm 水平在 6 - 48 小时呈上升趋势，分别在 12 小时和 24 小时达到最大值。用 EGTA、咪唑、L - NAME 和 TUN 预处理会使内源性 Put 水平部分降低，而 AG 处理因降低 H2O2水平，使内源性 Put 水平比单独用腐胺处理的细胞增加了 12%。这表明腐胺处理会影响胡麻细胞内多胺的代谢平衡。
腐胺上调 PAL 和 PLR 基因表达
实时 PCR 结果表明，用 0.1 mM 腐胺处理胡麻细胞 24 小时内，编码木脂素合成关键调控酶的苯丙氨酸解氨酶（PAL）和松脂醇 - 落叶松脂醇还原酶（PLR）基因表达上调，之后逐渐下降，24 小时时转录水平最高，分别是未处理状态的 3.5 倍和 2.5 倍。用 H2O2、NO 和 Ca2+信号通路抑制剂处理后，腐胺对 PAL 和 PLR 基因表达的诱导作用减弱，其中 L - NAME 处理组的基因转录水平下降最为明显。这说明腐胺通过 H2O2、NO 和 Ca2+信号通路调控 PAL 和 PLR 基因表达。
腐胺诱导的信号增加 PTOX 和 6MPTOX 含量
用 EGTA、AG、咪唑、L - NAME 和 TUN 抑制剂预处理细胞 72 小时后，与单独用腐胺处理的细胞相比，PTOX 和 6MPTOX 水平显著下降。其中，PTOX 含量在 Put + EGTA 和 Put + L - NAME 处理组下降最为明显，达 36%；6MPTOX 含量在 Put + L - NAME 处理组下降 23%。这进一步证实了腐胺诱导的 H2O2、NO 和 Ca2+信号通路参与调控胡麻细胞中木脂素的合成。
综合研究结果，腐胺能够在胡麻细胞中诱导木脂素的生物合成，其关键在于触发了 H2O2依赖的信号级联反应。H2O2信号不仅来源于 NOX，还来自 DAO，这充分凸显了腐胺氧化在木脂素积累过程中的重要意义。在腐胺的影响下，H2O2水平的升高成为诱导和放大 NO 生成以及 Ca2+内流的前提条件，NO 和 Ca2+等信号分子进而刺激 PAL 和 PLR 基因的表达，最终促进 PTOX 和 6MPTOX 的产生，这一过程很可能依赖 SA 信号通路。
这项研究为深入理解植物次生代谢产物的合成调控机制提供了重要依据，有助于进一步挖掘药用植物的潜力，推动植物生物技术和医药领域的发展，对未来开发利用胡麻中的木脂素类成分具有重要的理论指导意义。
