本站消息 6月6日，Molecular Horticulture在线发表了云南农业大学西南中药材种质创新与利用国家地方联合工程研究中心、南京农业大学中药材研究所、中国科学院天津工业生物技术研究所和昆明学院，题为“Multilayered regulation of secondary metabolism in medicinal plants”的综述文章（https://doi.org/10.1186/s43897-023-00059-y）。这篇综述全面介绍了近年来药用植物次生代谢产物的生物合成，次生代谢的转录调控，非编码RNA对次生代谢的调节，次生代谢产物生物合成的表观遗传调控的研究情况，总结了药用植物中次生代谢产物的复杂调控网络（图1），为解析药用植物基因表达的多层次调控提供了新的视角。

图1 药用植物次生代谢产物的多层次调控机制

植物产生丰富的天然产物，特别是具有多样化的次生代谢产物为其防御病虫害、防御天敌和适应生态环境提供了有效的工具。在植物的进化过程中，不同的植物可以产生物种特异的代谢产物，这些代谢产物对医药、农业及工业都具有重要的价值，同时也提供了丰富的药物原料、香料原料和工业原料（图2）。在我国的传统中医药实践和现代医学发展过程中，源于各类中草药的次生代谢产物既是人类防治疾病的物质基础，也是新药研发的源泉。

图2 药用植物次生代谢产物的作用

植物中含有丰富的天然产物，这些化合物包括初生代谢产物和次生代谢产物，其中初生代谢产物包括核酸、氨基酸、有机酸等，是植物生长和发育必不可少的。植物次生代谢产物是由次生代谢产生的一类细胞生命活动或植物生长发育正常运行的非必需的小分子有机化合物，其产生和分布通常有种属、器官、组织以及生长发育时期的特异性，根据它们的生物合成途径，植物天然产物主要分为萜类、生物碱和酚类化合物三大类（图3）。

图3 药用植物次生代谢产物的主要结构分类

转录因子是基因表达的“控制开关”，它能够与基因启动子上的顺式作用元件相结合进而促进/抑制下游靶基因的表达。转录因子在植物的生长发育及次生代谢中发挥着重要作用。在次生代谢过程中，转录因子可以通过调节代谢途径中多个关键酶基因的表达，进而促进/抑制代谢产物在植物体内的积累。本文综述了bHLH类转录因子，MYB类转录因子，WRKY类转录因子，AP2/ERF类转录因子，bZIP类转录因子和NAC类转录因子参与次生代谢产物转录调控的最新研究进展（图4）。了解这些转录因子及其相关结构基因的协同作用，为进一步提高次生代谢产物生物合成提供了理论支持。

图4 药用植物次生代谢产物生物合成的转录调控

药用植物次生代谢产物合成途径涉及许多调控的转录因子和限速酶，近年的研究表明，非编码RNA（ncRNAs）在调控这些次生代谢产物的生物合成中也发挥着重要作用。目前多种药用植物的miRNA被预测和鉴定，本文总结了miRNAs在药用植物萜类、酚类和生物碱生物合成中的调控机制（图5）。随着高通量测序技术和生物信息学的快速发展，更多药用植物中的miRNAs，siRNAs，lncRNAs和circRNAs被鉴定，为研究ncRNAs对药用植物活性成分生物合成的调控作用，利用基因工程技术提高次生代谢物产量提供理论基础。

图5 miRNAs在药用植物萜类、酚类和生物碱生物合成中的调控机制

另外，表观遗传修饰是在DNA序列不发生改变的情况下，基因表达发生了可遗传性的改变，且这种改变能够在发育和细胞增殖过程中稳定遗传，是真核生物特有的一种遗传调控机制，主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑等。植物DNA甲基化模式的改变在影响育性、花期、逆境胁迫、次生代谢调控等方面发挥着作用。次生代谢产物作为药用植物的重要物质基础，在植物体内的积累受到环境和物候期等因素的影响，表观遗传调控不仅直接调控基因的表达，而且可以通过DNA修饰影响相关基因的表达活性，形成比较复杂的基因调控网络，在药用植物的次生代谢调控中发挥着重要的作用。

当前，利用高质量基因组，结合多组学技术挖掘代谢通路，理解并建立在转录、转录后、翻译以及表观遗传等不同水平上的药用植物次生代谢产物多层次调控网络，通过表观遗传调控策略，快捷和有效地发掘化合物。同时，药用植物的次生代谢产物在细胞内产生后，能够通过转运蛋白转运至特定细胞器进行存储，并被分泌到细胞外，在跨膜运输过程中发挥着重要的作用，因此，药用植物中转运蛋白的发现及鉴定，将有利于利用合成生物学方法生产次生代谢物，有效降低其对细胞生长的毒性，简化药用植物次生代谢产物的纯化流程并获得优质高产的活性化合物。

云南农业大学杨生超教授，中国科学院天津工业生物技术研究所江会锋研究员，昆明学院云南省都市特色农业工程技术研究中心余磊教授为共同通讯作者。该项工作得到了国家自然科学基金，云南省重大专项科技项目，云南省青年人才支持计划等项目的支持。

2021年6月16日，Molecular Horticulture创刊号正式上线。期刊编委团队由具有国际影响力的优秀学者组成，包括多名两院院士、海外院士与科睿唯安高被引学者。2021年12月，Molecular Horticulture被知名开放获取期刊文献数据库DOAJ（Directory of Open Access Journals）正式收录。2023年3月14日Molecular Horticulture被全球最大规模同行评议文献摘要与引文数据库Scopus正式收录。期刊受到了国内外学者的广泛关注，近80%文章下载量超过千次，有多篇文章被高水平期刊引用，单篇最高引用达81次，目前期刊即时影响因子为5.8。