51吃瓜网 、果蔬园艺作物种质资源创新与利用全国重点实验室桃栽培与生理生态课题组长期聚焦于南方桃园的两大产业问题——流胶病与连作障碍。课题组前期研究注意到，土壤低氧（缺氧）是诱发桃树流胶和连作障碍的重要环境因素之一。基于这一认识，课题组将目光从表型观察转向机制探索，围绕植物在低氧条件下糖代谢与激素信号整合调控开展系统梳理。
近日，课题组在国际植物学期刊Journal of Integrative Plant Biology在线发表题为“Duet between sugars and hormones: The molecular dialogue fine-tuning hypoxia acclimation in plants”的综述论文（//doi.org/10.1111/jipb.70339）。文章系统阐述了糖类作为代谢能量与信号分子的双重功能如何与植物激素网络交互作用，共同调控低氧适应性反应，并提出了利用合成生物学手段构建闭环调控回路以改良作物耐涝性的前瞻性思路。
一、研究背景
植物遭受水涝时，直接的限制因素并非水本身，而是土壤中氧气减少所引发的能量代谢危机。线粒体呼吸受阻后，ATP合成大幅下降，植物需依赖糖酵解和发酵途径维持基本能量代谢。在此过程中，糖和激素构成两个不可分割的调控层面。糖类既作为发酵底物提供能量，又作为信号分子通过SnRK1和TOR两类蛋白激酶感知并传递能量状态；激素（如乙烯、生长素、脱落酸、赤霉素等）则把这些能量信息转化为具体的生理响应，包括根系构型调整、通气组织形成和生长速率改变等。
过去几十年里，糖信号和激素信号在低氧响应中的独立功能已有大量报道，但二者如何整合为一套协同运行的调控网络、能量状态的变化如何被翻译为具体的发育指令，仍缺少系统性梳理。该综述针对这一空白，尝试搭建一个从信号感知到生理响应的整合性框架。
二、研究内容
综述围绕“能量感知—发育响应—整株协调”这条主线，系统论述了糖与激素在低氧适应中协同配合的几个关键层面（图1）。
图1 低氧下核心糖代谢与关键激素生物合成及动态互作的模型
在能量感知层面，植物主要依靠SnRK1和TOR两种蛋白激酶感知和应对能量变化。SnRK1在能量不足时被激活，促进分解代谢和自噬，同时通过ERFVII转录因子启动低氧响应基因的表达；TOR则在能量充足时维持生长发育，低氧条件下其活性受到抑制，从而解除对低氧反应途径的负调控。Tre6P作为糖信号分子，在二者之间发挥调节作用，这种平衡关系的动态调整决定了植物对低氧的耐受能力。
在发育响应层面，糖信号需通过激素通路才能转化为具体的形态调整。乙烯和生长素共同调节根系构型：低氧诱导乙烯积累，乙烯通过影响生长素合成酶和转运蛋白的表达，促进不定根发生和通气组织形成。脱落酸与糖的互作则侧重于能量保存，通过调控气孔运动和淀粉降解来维持能量稳态。细胞分裂素根据糖分供应状况调节地上部分枝的策略，以减少不必要的能量消耗。赤霉素和油菜素内酯则共同参与淀粉动员，为胚芽鞘伸长等逃逸生长提供支持。这些通路并非独立运作，而是通过糖信号枢纽实现信息整合。
在整株协调层面，糖转运蛋白（SUTs、SWEETs、MSTs、SOTs）在激素信号的调节下，构建了一个动态的“源-库”分配网络，将光合产物优先输送到缺氧根系等需能部位，保障其能量供给。这一空间层面的整合，使得糖-激素对话从细胞内的信号传导延伸到整株水平的资源再分配，对于理解木本果树根系低氧敏感性的成因具有重要参考价值。
三、未来指引
综述在总结现有进展的基础上，提出了若干具体建议（图2）。在基础研究方向上，建议未来加强对不同组织和发育阶段中糖-激素互作的时空特异性分析，以及木本植物与草本模式植物间调控差异的比较研究。目前大多数机制研究以拟南芥和水稻为对象，果树等多年生木本作物的相关数据仍较为匮乏。在应用层面，综述提出了利用合成生物学手段构建闭环调控系统的思路，即整合合成氧传感器、激素活体传感器和代谢调节模块，使植物具备自动感知低氧并自主调整代谢状态的能力。该构想目前尚处于概念阶段，从模式植物推广至果树应用，仍需克服遗传转化效率低、调控网络复杂等现实挑战。
图2 从自然适应到合成回路构建：低氧适应性SMART作物的工程化路径
四、项目资助
51吃瓜网 桃栽培与生理生态课题组博士后Muhammad Ateeq为论文第一作者，刘军伟教授和西澳大学Sergey Shabala教授为共同通讯作者，课题组朱凯杰副研究员亦参与论文指导。该研究得到国家现代桃产业技术体系（CARS-30）的经费资助。
文章引用：
Ateeq, M., Ashraf, A. M., Asim, M., Huang, X., Zhu, K., Shabala, S., Liu, J. Duet between sugars and hormones: The molecular dialogue fine-tuning hypoxia acclimation in plants. J. Integ. Plant Biol., 68(8): 3086-3106
编辑：程玉华
审核：刘军伟
