产自东北寒冷地带的人参因富含三萜人参皂苷等活性物质而广泛应用于癌症、肥胖、衰老等疾病的治疗。众所周知，严寒环境下培育的人参含有更多药物活性物质，品质更好，但其分子机制研究报道较少。我院《人参属药用植物活性成分生物技术生产》项目组高文远教授团队在Critical Reviews in Biotechnology发表综述性文章“Cold stress regulates accumulation of flavonoids and terpenoids in plants by phytohormone, transcription process, functional enzyme,and epigenetics”，其中天津大学温州安全（应急）研究院为第一作者单位，详细解释其中的生物学原理。
植物应对不同的环境压力会有不同的防御机制，最常见的一种方式是合成次级代谢物。温度是调节植物次级代谢物的主要环境因素，特别是调控类黄酮与萜类化合物的合成。当温度降至4~10℃时，植物会诱导自身类黄酮和萜类化合物积累。对于冷应激条件下次级代谢物的积累机制，目前缺乏一个系统性的解释。在本篇综述中，高文远、王娟等对冷应激条件促进植物积累类黄酮和三萜的原理进行系统性总结，得出冷应激在三个层面影响该类物质合成的结论：1）冷应激影响内源性植物激素，尤其是正调控茉莉酸和脱落酸等激素的生物合成基因表达，使其含量显著提高，此类激素又正向调控类黄酮和萜类生物合成途径中一系列的关键基因表达，进而提高其含量。
图1.冷应激促进内源性植物激素的积累从而增加次级代谢物的积累来源 Critical Reviews in Biotechnology 2）冷应激影响重要转录因子的表达水平和活性，比如b-HLH和MYB族因子，同时也包括因冷应激引发的转录因子翻译后修饰。冷应激诱发转录因子活性，转录因子与目标基因的启动子相应位点结合，调控基因表达，从而提高目标产物的含量。
来源 Critical Reviews in Biotechnology
来源 Critical Reviews in Biotechnology3）冷应激影响生物合成途径中关键酶的基因表达与酶活性，尤其是限速酶与糖基转移酶基因对冷应激具有响应。冷应激通过提高类黄酮和萜类生物合成途径关键酶的基因表达和酶活，以及诱导DNA去甲基化来促进该类物质的合成与积累。
图4.冷应激作为植物生长环境因子的四种应用
来源 Critical Reviews in Biotechnology
系统性理解冷应激调控类黄酮与萜类物的原理对基因工程培育、代谢调控、糖基转移酶发掘、植物合成生物学研究具有重要意义。通过组学技术发掘冷应激因子可以运用于基因工程培育而赋予植物耐寒性优势；温度调控作为重要的代谢调控方案来增加植物中活性物质含量；人参等植物的重要次级代谢产物主要为糖苷类化合物，通过冷应激诱导糖基转移酶，加速次级代谢物醣基化过程，有利于糖苷类物质的合成；重要代谢物积累机理应用于植物合成生物学，将扩大植物次级代谢在食品药品工业领域的应用范围。
参考文献：
Junping He, Lu Yao, Lorenzo Pecoraro, Changxiao Li, Juan Wang, Luqi Huang & Wenyuan Gao. Cold stress regulates accumulation of flavonoids and terpenoids in plants by phytohormone, transcription process, functional enzyme, and epigenetics. Critical Reviews in Biotechnology. DOI: 10.1080/07388551.2022.2053056.
